SymBirth:Entwicklung der Geburt eines künstlichen Symbionten

Symbiose ist ein weit verbreitetes Phänomen, bei dem ungleiche Organismen eng miteinander zusammenleben und reicht von nützlichen bis zu schädlichen Verbindungen. Wenn Symbiosen über einen längeren evolutionären Zeitraum bestehen, können die symbiotischen Partner sehr eng und unzertrennlich werden, was zu drastischen Veränderungen der genetischen und beobachtbaren Merkmale führt. Symbiotische Verbindungen werden seit mehr als 100 Jahren erforscht, doch erst in den letzten Jahrzehnten wurden Instrumente entwickelt, um sie zu charakterisieren und eingehender zu untersuchen. Ein besonderes Augenmerk liegt auf ernährungsbedingten Symbiosen, bei denen der Symbiont Nährstoffe liefert, die in der Nahrung seines Wirts fehlen. Tiere mit einer nährstoffarmen Ernährung, etwa durch Pflanzensäfte und Blut, sind auf diese speziellen Symbionten angewiesen. Daher haben sich bei diesen Wirtsorganismen spezielle Vererbungsmechanismen entwickelt, um die Übertragung des Symbionten von der Mutter auf die Nachkommen zu gewährleisten. Obwohl viele dieser obligaten Symbiosen bereits untersucht wurden, ist über ihre Entstehung weiterhin wenig bekannt. Diese Wissenslücke ist darauf zurückzuführen, dass es nur sehr wenige Beispiele für gerade entstehende obligate Assoziationen gibt und dass vergleichende Studien nur begrenzt möglich sind. Das vorliegende Projekt wird dazu beitragen, diese Lücke zu schließen, indem es die künstliche Geburt einer neuartigen Symbiose im blutsaugenden Schildkrötenegel Placobdella costata hervorruft. Ähnlich wie andere blutsaugende Organismen hat dieser Egel spezialisierte Organe entwickelt, die Nährstoff liefernde symbiotische Bakterien beherbergen, so genannte Bakteriome. Jüngste Untersuchungen haben ergeben, dass verschiedene Placobdella Arten ähnliche Symbionten beherbergen. Vor allem aber sind die Symbionten eng mit einem freilebenden Bakterium (Gellertiella hungarica) verwandt, das aus den Gellért-Bädern (Ungarn) isoliert wurde. Tatsächlich gehören sie zur selben Art, wobei die Blutegelsymbionten im Vergleich zu ihrem freilebenden Verwandten kleine bis große genetische und beobachtbare Veränderungen aufweisen. Dies macht den Europäischen Schildkrötenegel und seinen Symbionten zu einem vielversprechenden biologischen System, um den frühen Beginn obligater Symbiose durch den experimentellen Austausch seines natürlich vorkommenden Symbionten mit den freilebenden G. hungarica zu vergleichen. Durch die Kombination von genomischen, mikroskopischen und experimentellen Techniken soll der Übertragungsweg der Symbionten von der Mutter auf die Nachkommen bestimmt werden. Zudem werden verschiedene Wege zur Beseitigung der Symbionten untersucht. Anschließend wird versucht, freilebende G. hungarica als neuen obligaten Symbionten zu etablieren und damit seinen natürlich vorkommenden Symbionten effektiv zu ersetzen. Das Projekt wird nicht nur den bisher unbekannten Weg der Symbiontenübertragung bei streng blutsaugenden Blutegeln aufklären, sondern auch zur Entwicklung eines kontrollierbaren, modifizierbaren und vielversprechenden experimentellen Systems führen, das die Entdeckung von Schlüsselfaktoren für die Etablierung nützlicher mikrobieller Assoziationen ermöglichen wird.