Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Vielfalt im Innern des Wurms

12.05.2016

Kieler Forschungsteam zeigt am Beispiel von Fadenwürmern die Bedeutung einer natürlichen Bakterienbesiedelung

Er ist einer der am besten erforschten Modellorganismen der Biologie: Der winzige Fadenwurm oder Nematode der Art Caenorhabditis elegans dient Forschenden seit Jahrzehnten zur Untersuchung von zum Beispiel Entwicklungsprozessen und Funktionsweise des Nervensystems.


Das Kieler Forschungsteam untersuchte erstmals die natürliche Bakterienbesiedlung des Fadenwurms Caenorhabditis elegans.

Antje Thomas, Hinrich Schulenburg


Die Bakterien (orange eingefärbt) besiedeln vor allem den Verdauungstrakt des Fadenwurms.

Abbildung: Philipp Dirksen

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit nutzen dazu eine bestimmte, stark an die Laborumgebung angepasste C. elegans-Variante, die unter diesen Bedingungen keinerlei Bakterienbesiedlung aufweist. Jüngste Erkenntnisse weisen nun darauf hin, dass ein vollständiges Verständnis der Lebensweise dieser Fadenwürmer nur gelingen kann, wenn auch das Zusammenspiel mit ihren besiedelnden Mikroorganismen beachtet wird.

Ein Forschungsteam aus der Arbeitsgruppe Evolutionsökologie und Genetik der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) unter Leitung von Professor Hinrich Schulenburg hat jetzt erstmals die natürliche Bakterienbesiedlung von C. elegans untersucht und die Auswirkungen dieses sogenannten Mikrobioms auf Lebensfunktionen und Fitness der Würmer bestimmt.

Die Kieler Forschenden veröffentlichten ihre Ergebnisse kürzlich im Fachmagazin BMC Biology und schaffen damit wichtige Grundlagen für ein neues Modellsystem zur Untersuchung des Zusammenspiels von Organismen mit ihrem Mikrobiom.

Diese erste systematische Analyse eines natürlichen Fadenwurm-Mikrobioms zeigt, dass die Tiere im Freiland eine artenreiche Bakterienbesiedlung besitzen. Besonders Proteobakterien der Gattungen Pseudomonas, Stenotrophomonas oder Ochrobactrum kommen häufig darin vor.

Diese Zusammensetzung zu kennen, so die Forschenden, ist von zentraler Bedeutung für eine realistischere Betrachtung der Lebensweise und Entwicklung des Fadenwurms. Ihre Untersuchungen zeigten, dass das natürliche Mikrobiom den Tieren einen evolutionären Vorteil verschafft und sie zum Beispiel gegen Krankheitserreger schützt.

Wichtiger noch: So wie bislang sterile Würmer als Modellsystem zur Untersuchung verschiedener biologischer Prinzipien dienten, steht am Beispiel von C. elegans nun ein neues Modell zur Erforschung der Interaktionen des Körpers mit besiedelnden Mikroorganismen zur Verfügung. Dazu können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler künftig die in den Experimenten gewonnenen Bakterienkulturen für tiefergehende Untersuchungen nutzen.

„Wir stehen erst am Anfang der Erforschung der komplexen Beziehungen von Lebewesen und Mikroben. Wir gehen davon aus, dass Bakterien von Beginn an vielzellige Organismen dabei unterstützt haben, sich im Laufe der Evolution zu behaupten. Unser Modell wird in Zukunft dabei helfen, die Grundlagen dieser vielschichtigen Verflechtungen und ihre Auswirkungen auf die Lebensfunktionen zahlreicher Lebewesen besser zu verstehen“, unterstreicht Schulenburg, Mitglied des Forschungsschwerpunkts „Kiel Life Science“ an der CAU.

Um die Bedeutung der Bakterienbesiedlung für die Würmer zu bestimmen, sammelten die Forschenden zunächst insgesamt 180 Proben wildlebender Nematoden an verschiedenen Standorten in Norddeutschland, Frankreich und Portugal. Die aus diesen Tieren gewonnenen Bakterien übertrugen sie anschließend auf sterile Würmer. Unter Laborbedingungen verglichen sie nun Tiere mit dem neu eingebrachten natürlichen Mikrobiom mit bakterienfreien Würmern.

„Indem wir die Vorgänge aus der Natur ins Labor holen und dort vereinfacht nachstellen, erhalten wir ein deutlich präziseres Bild der Beziehungen zwischen dem Fadenwurm als Wirt und seinen assoziierten Bakterien, als wir es im Labor oder Freiland alleine gewinnen könnten“, sagt Erstautor Dr. Philipp Dirksen.

So konnten sie verschiedene Effekte feststellen, für die ein natürliches Mikrobiom verantwortlich ist: Es erhöht die Fitness der Tiere unter normalen, aber auch unter erschwerten Lebensbedingungen. Gegenüber sterilen Würmern sind sie zum Beispiel in der Lage, sich auch bei höheren Temperaturen erfolgreich zu vermehren – also mehr Nachkommen zu produzieren. Verschiedene Pseudomonas-Bakterien helfen den Würmern außerdem dabei, sich vor Pilzinfektionen zu schützen.

Die Zusammensetzung des Mikrobioms wird offenbar auch von den individuellen Eigenschaften des Wirtes bestimmt: Die genetische Ausstattung der Tiere entscheidet dabei mit. Insgesamt zeigte sich, dass sich Tiere mit einem natürlichen Mikrobiom schneller vermehren – ein sicheres Zeichen für den evolutionären Vorteil, den die Bakterien für ihren Wirt mit sich bringen.

Die nun vorliegende Arbeit liefert methodische Grundlagen für das neuartige wissenschaftliche Feld der Metaorganismus-Forschung, die sich der umfassenden Untersuchung der Interaktionen von Lebewesen mit ihrer Mikroorganismen-Besiedlung widmet. An der Uni Kiel gibt es seit wenigen Wochen eigens zu diesem Thema den neuen Sonderforschungsbereich (SFB) 1182 „Entstehen und Funktionieren von Metaorganismen“, an dem auch Schulenburgs Arbeitsgruppe fundamental beteiligt ist. Untersuchungen am C. elegans-Modell werden dabei helfen, Ursprung und Auswirkungen der Interaktionen von Lebewesen, Mikroorganismen und Umwelt in ihrer Definition als Metaorganismen besser zu verstehen.

Bild- und Videomaterial steht zum Download bereit:
1. www.uni-kiel.de/download/pm/2016/2016-152-1.gif

Das Kieler Forschungsteam untersuchte erstmals die natürliche Bakterienbesiedlung des Fadenwurms Caenorhabditis elegans.
Abbildung: Antje Thomas, Hinrich Schulenburg

2. www.uni-kiel.de/download/pm/2016/2016-152-2.jpg

Die Bakterien (orange eingefärbt) besiedeln vor allem den Verdauungstrakt des Fadenwurms.
Abbildung: Philipp Dirksen

3. www.uni-kiel.de/download/pm/2016/2016-152-3.jpg

Erstautor Dr. Philipp Dirksen untersuchte die Zusammensetzung des Nematoden-Mikrobioms.
Foto: Christian Urban, Universität Kiel

4. www.uni-kiel.de/download/pm/2016/2016-152-4.mp4

Dreidimensionale Visualisierung des Mikrobioms von Caenorhabditis elegans.
Animation: Dr. Philipp Dirksen

Originalarbeit:
Philipp Dirksen, Sarah Arnaud Marsh, Ines Braker, Nele Heitland, Sophia Wagner, Rania Nakad, Sebastian Mader, Carola Petersen, Vienna Kowallik, Philip Rosenstiel, Marie-Anne Félix und Hinrich Schulenburg (2016): The native microbiome of the nematode Caenorhabditis elegans: Gateway to a new host-microbiome model. BMC Biology
Link: http://dx.doi.org/10.1186/s12915-016-0258-1

Kontakt:
Prof. Hinrich Schulenburg
Arbeitsgruppe Evolutionsökologie und Genetik,
Zoologisches Institut, CAU Kiel
Tel.: 0431-880-4141
E-Mail: hschulenburg@zoologie.uni-kiel.de

Weitere Informationen:
Arbeitsgruppe Evolutionsökologie und Genetik, Zoologisches Institut, CAU Kiel:

www.uni-kiel.de/zoologie/evoecogen/


Sonderforschungsbereich 1182 „Entstehen und Funktionieren von Metaorganismen“, CAU Kiel:

www.metaorganism-research.org

Forschungsschwerpunkt Kiel Life Science, CAU Kiel:

www.kls.uni-kiel.de

Weitere Informationen:

http://www.uni-kiel.de/pressemeldungen/index.php?pmid=2016-152-celegans-microbio...

Dr. Boris Pawlowski | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Stottern: Stoppsignale im Gehirn verhindern flüssiges Sprechen
12.12.2017 | Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

nachricht Undercover im Kampf gegen Tuberkulose
12.12.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Im Focus: Stabile Quantenbits

Physiker aus Konstanz, Princeton und Maryland schaffen ein stabiles Quantengatter als Grundelement für den Quantencomputer

Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

Hohe Heilungschancen bei Lymphomen im Kindesalter

07.12.2017 | Veranstaltungen

Der Roboter im Pflegeheim – bald Wirklichkeit?

05.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mit Quantenmechanik zu neuen Solarzellen: Forschungspreis für Bayreuther Physikerin

12.12.2017 | Förderungen Preise

Stottern: Stoppsignale im Gehirn verhindern flüssiges Sprechen

12.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

E-Mobilität: Neues Hybridspeicherkonzept soll Reichweite und Leistung erhöhen

12.12.2017 | Energie und Elektrotechnik