Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nerven steuern die Bakterienbesiedlung des Körpers

26.09.2017

CAU-Forschungsteam belegt erstmals Zusammenarbeit zwischen Nervensystem und mikrobieller Besiedlung des Körpers

Ein zentraler Aspekt der modernen Lebenswissenschaften ist die Erforschung des symbiotischen Zusammenlebens von Tier, Pflanze und Mensch mit ihren spezifischen bakteriellen Besiedlungen. Die Gesamtheit der Mikroorganismen, die auf und in einem Wirtsorganismus angesiedelt sind, bezeichnen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler als Mikrobiom. Seit einigen Jahren verdichten sich Hinweise, dass die Zusammensetzung und Balance des Mikrobioms eine entscheidende Rolle für die Gesundheit spielen.


Nervenzellen (grün markiert) des Süßwasserpolypen Hydra produzieren antimikrobielle Peptide und prägen so das Mikrobiom des Tieres. Rot markierte Stäbchenbakterien befinden sich an den Tentakeln.

Abbildung: Christoph Giez, Dr. Alexander Klimovich


Fasern des Darmgewebes (rot markiert) umgeben Nervenzellen (grün markiert) des Süßwasserpolypen Hydra.

Abbildung: Christoph Giez, Dr. Alexander Klimovich

Störungen der bakteriellen Besiedlung des Körpers dagegen sind insbesondere an der Entstehung verschiedener sogenannter Umwelterkrankungen beteiligt. Wie die Zusammenarbeit von Organismus und Bakterien auf molekularer Ebene abläuft und wie Mikrobiom und Körper dabei als funktionale Einheit agieren, ist bislang allerdings weitgehend unbekannt.

Einen wichtigen Schritt in der Entschlüsselung dieser hochkomplexen Beziehungen ist nun ein Forschungsteam der Arbeitsgruppe Zell- und Entwicklungsbiologie am Zoologischen Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) gegangen:

Am Beispiel des Süßwasserpolypen Hydra untersuchten die Kieler Forschenden gemeinsam mit internationalen Kolleginnen und Kollegen, wie das einfache Nervensystem dieser Tiere mit ihrem Mikrobiom interagiert. Dabei konnten sie erstmals belegen, dass Nervenzellen kleine Moleküle produzieren, die als Botenstoffe die Zusammensetzung und Ansiedlung spezifischer Bakterienarten im Körper bestimmen.

„Bisher waren die Faktoren, die die Bakterienbesiedlung des Körpers beeinflussen, weitgehend unbekannt. Wir konnten zum ersten Mal nachweisen, dass das Nervensystem hier eine wichtige regulierende Rolle übernimmt“, betont Professor Thomas Bosch, Entwicklungsbiologe und Sprecher des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereichs (SFB) 1182 „Entstehen und Funktionieren von Metaorganismen“. Ihre neuartigen Erkenntnisse veröffentlichten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am heutigen Dienstag in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications.

Das von Bosch geleitete Forschungsteam wählte für seine Untersuchungen den entwicklungsgeschichtlich alten Süßwasserpolypen Hydra, ein in Süß- und Fließgewässern lebendes Nesseltier. Seine einfachen Strukturen erleichtern die Erforschung der grundlegenden Strukturen und Funktionsweise des Nervensystems; so verfügt Hydra über einen simplen Körperbau und ein Nervennetz mit nur etwa 3000 einzelnen Nervenzellen.

Zugleich weist das Tier trotz seiner Einfachheit bereits zahlreiche molekulare Merkmale höherer Lebewesen auf, die zum Beispiel auch bei den Wirbeltieren noch vorhanden sind. Daher lassen sich am Beispiel dieses Modellorganismus ursprüngliche und daher universell gültige Funktionsprinzipien des Nervensystems ableiten.

Die Kieler Forschenden gingen der Frage nach, wie die als Neuropeptide bezeichneten Botenstoffe des Nervensystems die Zusammenarbeit und Kommunikation von Wirt und Mikroben steuern. Sie fanden zelluläre, molekulare und genetische Belege dafür, dass Neuropeptide eine antibakterielle Wirkung entfalten können und damit die Zusammensetzung und räumliche Verteilung der Bakterienbesiedlung beeinflussen.

Um dies zu belegen, konzentrierte sich das Forschungsteam auf die Ausbildung des Nervensystems des Süßwasserpolypen in der individuellen Entwicklung vom Ei bis hin zum ausgewachsenen Tier. Die Nesseltiere entwickeln innerhalb von etwa drei Wochen ein vollständiges Nervensystem; während dieser Zeit ändert sich auch die Bakterienbesiedlung ihres noch unreifen Körpers radikal, bis sich schließlich eine stabile Zusammensetzung des Mikrobioms herausbildet.

Unter dem Einfluss der antimikrobiellen Wirkung der Neuropeptide nimmt die Konzentration einer bestimmten Untergruppe von Bakterien, der sogenannten grampositiven Bakterien, im Laufe von etwa vier Wochen stark ab. Am Ende dieses Reifeprozesses herrscht eine typische, insbesondere von gramnegativen Curvibacter-Bakterien dominierte Zusammensetzung des Mikrobioms vor.

Da Hydra die steuernden Neuropeptide nur an bestimmten Stellen des Körpers bildet, sorgen sie für eine entsprechende Verteilung der Bakterien entlang der Körperachse des Tieres. So finden sich im Bereich des Kopfes, wo eine starke Konzentration von antimikrobiellen Neuropeptiden herrscht, zum Beispiel sechsmal weniger Curvibacter-Bakterien als in den Tentakeln.

Daraus schlossen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, dass das Nervensystem im Laufe der Evolution neben seinen sensorischen und motorischen Aufgaben auch eine steuernde Funktion für das Mikrobiom übernommen hat. „Die neuen Erkenntnisse sind auch im evolutionären Zusammenhang von immenser Bedeutung. Da die Nesseltiere im Laufe der Evolution als erste Organismen ein Nervensystem entwickelten, kann man davon ausgehen, dass sich die Interaktion von Nervensystem und Mikrobiom bereits sehr früh in der Entwicklung des vielzelligen Lebens herausbildete“, betont Bosch.

Die an entwicklungsgeschichtlich ursprünglichen Organismen nachgewiesenen Prinzipien seien nicht nur für die Grundlagenforschung interessant. Sie brächten zudem die Chance mit sich, daraus grundlegende neue Erkenntnisse über die Eigenschaften des Nervensystems abzuleiten und das Gelernte in andere Anwendungen zu übertragen. Daher werde sich die weitere Erforschung des Zusammenspiels von Körper und Bakterien künftig stärker auf die neuronalen Aspekte konzentrieren, fasst Bosch die Bedeutung der Arbeit zusammen.

Originalarbeit:
René Augustin, Katja Schröder, Andrea P. Murillo Rincón, Sebastian Fraune, Friederike Anton-Erxleben, Ava-Maria Herbst, Jörg Wittlieb, Martin Schwentner, Joachim Grötzinger, Trudy M. Wassenaar, Thomas C.G. Bosch (2017): “A secreted antibacterial neuropeptide shapes the microbiome of Hydra”. Nature Communications, Published on September 26, 2017,
https://www.nature.com/articles/s41467-017-00625-1

Bilder/Videomaterial stehen zum Download bereit:
http://www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-294-1.jpg
Bildunterschrift: Nervenzellen (grün markiert) des Süßwasserpolypen Hydra produzieren antimikrobielle Peptide und prägen dadurch das Mikrobiom des Tieres. Rot markierte Stäbchenbakterien sind an der Basis der Tentakeln zu erkennen.
Abbildung: Christoph Giez, Dr. Alexander Klimovich

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-294-2.jpg
Bildunterschrift: Fasern des Darmgewebes (rot markiert) umgeben Nervenzellen (grün markiert) des Süßwasserpolypen Hydra.
Abbildung: Christoph Giez, Dr. Alexander Klimovich

http://youtu.be/b44VPDhZKTQ
Beschreibung: Die einfachen Strukturen des Süßwasserpolypen Hydra erleichtern die Erforschung des Zusammenwirkens von Nervensystem und Bakterienbesiedlung.
Video: Forschungsschwerpunkt „Kiel Life Science“, Universität Kiel

Kontakt:
Prof. Thomas Bosch
Zoologisches Institut, CAU Kiel
Tel.: 0431-880-4170
E-Mail: tbosch@zoologie.uni-kiel.de

Weitere Informationen:
Forschungsschwerpunkt „Kiel Life Science“, CAU Kiel
http://www.kls.uni-kiel.de

Sonderforschungsbereich 1182 „Entstehen und Funktionieren von Metaorganismen“, CAU Kiel:
http://www.metaorganism-research.com

Zell- und Entwicklungsbiologie (AG Bosch), Zoologisches Institut, CAU Kiel:
http://www.bosch.zoologie.uni-kiel.de

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Presse, Kommunikation und Marketing, Dr. Boris Pawlowski, Text: Christian Urban
Postanschrift: D-24098 Kiel, Telefon: (0431) 880-2104, Telefax: (0431) 880-1355
E-Mail: presse@uv.uni-kiel.de, Internet: www.uni-kiel.de, Twitter: www.twitter.com/kieluni
Facebook: www.facebook.com/kieluni, Instagram: www.instagram.com/kieluni

Link zur Pressemeldung:
http://www.uni-kiel.de/pressemeldungen/index.php?pmid=2017-294-nerven-bakterien

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mister Raney bekommt Konkurrenz - Ein neuer Katalysator auf Nickel-Basis nutzt Nano-Strukturen
16.07.2018 | Leibniz-Institut für Katalyse e. V. an der Universität Rostock

nachricht Duftrezeptoren können viel mehr als nur riechen
16.07.2018 | Ruhr-Universität Bochum

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: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Im Focus: Magnetische Wirbel: Erstmals zwei magnetische Skyrmionenphasen in einem Material entdeckt

Erstmals entdeckte ein Forscherteam in einem Material zwei unabhängige Phasen mit magnetischen Wirbeln, sogenannten Skyrmionen. Die Physiker der Technischen Universitäten München und Dresden sowie von der Universität zu Köln können damit die Eigenschaften dieser für Grundlagenforschung und Anwendungen gleichermaßen interessanten Magnetstrukturen noch eingehender erforschen.

Strudel kennt jeder aus der Badewanne: Wenn das Wasser abgelassen wird, bilden sie sich kreisförmig um den Abfluss. Solche Wirbel sind im Allgemeinen sehr...

Im Focus: Neue Steuerung der Zellteilung entdeckt

Wenn eine Zelle sich teilt, werden sämtliche ihrer Bestandteile gleichmässig auf die Tochterzellen verteilt. UZH-Forschende haben nun ein Enzym identifiziert, das sicherstellt, dass auch Zellbestandteile ohne Membran korrekt aufgeteilt werden. Ihre Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von Krebs, neurodegenerative Krankheiten, Alterungsprozessen und Virusinfektionen.

Man kennt es aus der Küche: Werden Aceto balsamico und Olivenöl miteinander vermischt, trennen sich die beiden Flüssigkeiten. Runde Essigtropfen formen sich,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

Materialien für eine Nachhaltige Wasserwirtschaft – MachWas-Konferenz in Frankfurt am Main

11.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Mister Raney bekommt Konkurrenz - Ein neuer Katalysator auf Nickel-Basis nutzt Nano-Strukturen

16.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

16.07.2018 | Physik Astronomie

Rostocker Forscher testen neue Generation von Offshore-Windenergie-Anlagen

16.07.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics