Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Täuschend einfach: Winzige Meerestiere leben in ausgeklügelter Symbiose mit Bakterien

11.06.2019

Trichoplax, eines der einfachsten Tiere der Welt, lebt in einer innigen und sehr spezialisierten Symbiose mit zwei Arten von Bakterien. Die eine, Grellia, ist mit parasitischen Bakterien verwandt, die Typhus und Rocky-Mountain-Fleckfieber verursachen. Dennoch scheint Grellia Trichoplax nicht zu schaden. Die zweite, Ruthmannia, sitzt in den Zellen, mit denen Trichoplax seine Nahrung verdaut. Die Trichoplax-Symbiose bietet einen spannenden Einblick in diese „Dunkle Mikroben-Materie“ der kaum bekannten Bakteriengruppen. Die Studie von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie und der Universität Hawaii erscheint nun in der Zeitschrift Nature Microbiology.

Trichoplax ist eines der einfachsten Tiere, das man sich vorstellen kann. Es sieht aus wie ein unförmiger kleiner Tropfen. Studienautorin Nicole Dubilier sagt, es erinnert sie an einen Kartoffelchip. Trichoplax lebt in warmen Küstengewässern auf der ganzen Welt und grast mikroskopisch kleine Algen ab, die auf Sand und Felsen leben. Das winzige Tier findet sich auch, von Aquarianern zumeist unbemerkt, in fast jedem Meerwasseraquarium mit Korallen.


In der Falle: Bewachsene Trichoplax-Fallen, die im seichten Wasser unter einem Steg aufgehängt wurden.

Harald Gruber-Vodicka / Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie


Trichoplax beim Fressen.

Michael Hadfield / University of Hawaii

Trichoplax gehört zusammen mit Schwämmen und Quallen zu einem der untersten Äste im Stammbaum der Tiere. Bis in die 70er Jahre war nicht einmal klar, ob Trichoplax überhaupt ein eigenständiges, ausgewachsenes Tier ist oder nur das Jungstadium einer Qualle.

Die Tiere messen etwa einen halben Millimeter im Durchmesser und haben weder Mund, noch Darm, noch andere Organe. Sie bestehen aus nur sechs verschiedenen Arten von Zellen. Diese Einfachheit macht Trichoplax zu einem beliebten Modellorganismus für Biologen.

WissenschaftlerInnen vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen, der Universität Hawaii und der North Carolina State Universität haben nun herausgefunden, dass Trichoplax doch nicht so simpel gestrickt ist, wie es scheint. Es lebt in einer ausgeklügelten Symbiose mit äußerst ungewöhnlichen Bakterien.

Weniger ist mehr

Schon vor etwa 50 Jahren beobachtete der deutsche Zoologe Karl Grell erstmals Bakterien im Inneren von Trichoplax. Doch seitdem hatte sich niemand weiter mit ihnen beschäftigt. Die Gruppe um Harald Gruber-Vodicka, Niko Leisch und Nicole Dubilier vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie und Michael Hadfield von der Universität Hawaii hat die bakteriellen Untermieter von Trichoplax nun eingehend erforscht, indem sie ihre Genome sequenziert und mittels hochauflösender Mikroskopie untersucht haben, wo sie leben.

"Obwohl Trichoplax so einfach ist, finden in seinen Zellen zwei unterschiedliche und ungewöhnliche Bakterien Platz", sagt Gruber-Vodicka. "Beide Symbionten sind sehr wählerisch – oder zellspezifisch, wie wir es nennen. Sie leben jeweils in nur einer Art von Wirtszelle."

Grellia - Der erste Symbiont im endoplasmatischen Retikulum

Der Symbiont Grellia, benannt nach dem Zoologen Karl Grell, ist im endoplasmatischen Retikulum (ER) von Trichoplax zu Hause. Bisher kannte man keinen Symbionten, der dauerhaft im ER eines Tieres lebt. Dieses Zellorganell spielt eine zentrale Rolle bei der Produktion von Proteinen und Membranen. Nachzuweisen, dass Grellia wirklich im ER wohnt, war äußerst schwierig.

"Wir haben ein detailliertes dreidimensionales Modell des ER erstellt, um zu zeigen, dass Grellia darin lebt. Das gelang uns mithilfe des Elektronenmikroskops am Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden", erklärt Niko Leisch.

"Andere parasitäre Bakterien ahmen die Struktur des ER nach, um ihren Wirten vorzugaukeln, dass sie harmlos sind. Unsere Bilddaten zeigten jedoch eindeutig, dass Grellia tatsächlich im Inneren des ER seines Wirts lebt." Verblüffenderweise scheint Grellia, obwohl eng mit Parasiten verwandt, Trichoplax nicht zu schaden. "Grellia hat die nötigen Gene, um Energie von seinem Wirt zu stehlen. Aber es benutzt sie nicht", so Leisch.

Ruthmannia - Dunkle Mikroben-Materie im Blick

Der zweite Symbiont von Trichoplax, Ruthmannia, gehört zu einer erst kürzlich entdeckten Gruppe von Bakterien, den Margulisbakterien. "Bisher gehörten Margulisbakterien zur so genannten Dunklen Materie der Mikroben – die überwiegende Mehrheit der Mikroorganismen, die Biologen zwar durch Sequenzierung finden, aber nicht kultivieren können", erklärt Harald Gruber-Vodicka. "Wir haben sie noch nie beobachten können, obwohl ihre genetischen Spuren in Wasserproben auf der ganzen Welt zu finden sind."

Nun gelang es Gruber-Vodicka und Leisch, die ersten Bilder eines Margulisbakteriums zu machen. "Zum ersten Mal können wir ein Mitglied dieser Gruppe sehen. Für uns ist das genauso spannend wie das Foto eines Schwarzen Lochs." Dieser Symbiont lebt in Zellen, mit denen Trichoplax seine Algennahrung verdaut.

"Ruthmannia scheint nur Fette und andere Lipide der Algen zu verwerten, den Rest überlässt es seinem Wirt. Im Gegenzug versorgt Ruthmannia Trichoplax vermutlich mit Vitaminen und Aminosäuren." Nun, da Trichoplax in den Labors des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie gedeiht, können die Autoren jederzeit an diesen rätselhaften Bakterien arbeiten.

Was kommt als nächstes?

"In dieser Studie haben wir uns mit den symbiotischen Partnern einer einzigen Trichoplax-Art beschäftigt", sagt Nicole Dubilier, Direktorin am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie. "Es gibt aber mindestens 20 weitere Arten. Unsere ersten Ergebnisse deuten darauf hin, dass jede Wirtsart ihre eigene, typische Garnitur von Symbionten hat. Wir sind schon sehr gespannt, diese erstaunliche Vielfalt und ihre Entwicklung weiter zu untersuchen. Diese winzigen Tiere sehen nicht nur aus wie Kartoffelchips, auch an ihrem Inhalt werden wir noch einiges zu Knabbern haben.“

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Harald Gruber-Vodicka
Abteilung Symbiose
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen, Deutschland
Telefon: +49 421 2028-760
E-Mail: hgruber@mpi-bremen.de

Prof. Dr. Nicole Dubilier
Abteilung Symbiose
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen, Deutschland
Telefon: +49 421 2028-932
E-Mail: ndubilier@mpi-bremen.de

Dr. Fanni Aspetsberger
Pressesprecherin
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen, Deutschland
Telefon: +49 421 2028-947
E-Mail: faspetsb@mpi-bremen.de

Originalpublikation:

Harald R. Gruber-Vodicka, Nikolaus Leisch, Manuel Kleiner, Tjorven Hinzke, Manuel Liebeke, Margaret McFall-Ngai, Michael G. Hadfield, Nicole Dubilier: Two intracellular and cell type-specific bacterial symbionts in the placozoan Trichoplax H2. Nature Microbiology. DOI: 10.1038/s41564-019-0475-9

Weitere Informationen:

https://www.mpi-bremen.de/Page3587.html

Dr. Fanni Aspetsberger | Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Soziale Netzwerke geben Aufschluss über Dates von Blaumeisen
19.02.2020 | Max-Planck-Institut für Ornithologie

nachricht Einblicke in den Ursprung des Lebens: Wie sich die ersten Protozellen teilten
19.02.2020 | Universität Augsburg

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: Fraunhofer IOSB-AST und DRK Wasserrettungsdienst entwickeln den weltweit ersten Wasserrettungsroboter

Künstliche Intelligenz und autonome Mobilität sollen dem Strukturwandel in Thüringen und Sachsen-Anhalt neue Impulse verleihen. Mit diesem Ziel fördert das Bundeswirtschaftsministerium ab sofort ein innovatives Projekt in Halle (Saale) und Ilmenau.

Der Wasserrettungsdienst Halle (Saale) und das Fraunhofer Institut für Optronik,
Systemtechnik und Bildauswertung, Institutsteil Angewandte Systemtechnik...

Im Focus: A step towards controlling spin-dependent petahertz electronics by material defects

The operational speed of semiconductors in various electronic and optoelectronic devices is limited to several gigahertz (a billion oscillations per second). This constrains the upper limit of the operational speed of computing. Now researchers from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg, Germany, and the Indian Institute of Technology in Bombay have explained how these processes can be sped up through the use of light waves and defected solid materials.

Light waves perform several hundred trillion oscillations per second. Hence, it is natural to envision employing light oscillations to drive the electronic...

Im Focus: Haben ein Auge für Farben: druckbare Lichtsensoren

Kameras, Lichtschranken und Bewegungsmelder verbindet eines: Sie arbeiten mit Lichtsensoren, die schon jetzt bei vielen Anwendungen nicht mehr wegzudenken sind. Zukünftig könnten diese Sensoren auch bei der Telekommunikation eine wichtige Rolle spielen, indem sie die Datenübertragung mittels Licht ermöglichen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) am InnovationLab in Heidelberg ist hier ein entscheidender Entwicklungsschritt gelungen: druckbare Lichtsensoren, die Farben sehen können. Die Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt in der Zeitschrift Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201908258).

Neue Technologien werden die Nachfrage nach optischen Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen erhöhen, darunter auch die Kommunikation mithilfe von...

Im Focus: Einblicke in die Rolle von Materialdefekten bei der spin-abhängigen Petahertzelektronik

Die Betriebsgeschwindigkeit von Halbleitern in elektronischen und optoelektronischen Geräten ist auf mehrere Gigahertz (eine Milliarde Oszillationen pro Sekunde) beschränkt. Die Rechengeschwindigkeit von modernen Computern trifft dadurch auf eine Grenze. Forscher am MPSD und dem Indian Institute of Technology in Bombay (IIT) haben nun untersucht, wie diese Grenze mithilfe von Lichtwellen und Festkörperstrukturen mit Defekten erhöht werden könnte, um noch größere Rechenleistungen zu erreichen.

Lichtwellen schwingen mehrere hundert Trillionen Mal pro Sekunde und haben das Potential, die Bewegung von Elektronen zu steuern. Im Gegensatz zu...

Im Focus: Charakterisierung von thermischen Schnittstellen für modulare Satelliten

Das Fraunhofer IFAM in Dresden hat ein neues Projekt zur thermischen Charakterisierung von Kupfer/CNT basierten Scheiben für den Einsatz in thermalen Schnittstellen von modularen Satelliten gestartet. Gefördert wird das Projekt „ThermTEST“ für 18 Monate vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Zwischen den Einzelmodulen von modularen Satelliten werden zur Kopplung eine Vielzahl von Schnittstellen benötigt, die nach ihrer Funktion eingeteilt werden...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

4. Fachtagung Fahrzeugklimatisierung am 13.-14. Mai 2020 in Stuttgart

10.02.2020 | Veranstaltungen

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

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungsnachrichten

Fraunhofer IOSB-AST und DRK Wasserrettungsdienst entwickeln den weltweit ersten Wasserrettungsroboter

19.02.2020 | Informationstechnologie

Einblicke in den Ursprung des Lebens: Wie sich die ersten Protozellen teilten

19.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

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