Molekulare Mechanismen in marinen Ektosymbiosen

Symbiotische Zusammenschlüsse von Organismen haben die Evolution wesentlich beeinflußt. Ektosymbiosen sind für das Verständnis mutualistischer Beziehungen besonders interessant, da beide Partner ihren nächsten, nicht- symbiontischen Partner ähnlich sind . Dies erlaubt es, die Bedingungen der Symbioseentstehung zu rekonstruieren. Die Anwendung molekularbiologischer Techniken hat wesentliche Fortschritte im Verständnis von Wirt/Symbiont- Beziehungen, dennoch bleiben die Schlüsselfragen des Partnererkennens und der dauerhaften Partnerbindung unbeantwortet. Lektin-Zucker-Bindungen werden für die Partnererkennung bei verschiedenen Beziehungen, beispielsweise zwischen Pilzen und Nematoden, Bakterien und pflanzenparasitischen Nematoden, Bakterien und Amöben und Bakterien und Kopffüßern angenommen. Untersuchungen in unserer Arbeitsgruppe deuten auf eine Lektin-Zucker-Bindung zwischen ektosymbiotischen Bakterien und dem marinen Nematoden Laxus oneistus (Desmodoridae, Stilbonematinae), dessen Kutikula zum größten Teil mit einem auffälligen monospezifischen Bakterienbewuchs bedeckt ist. Die Bakterien sind g-Proteobakterien und mit anderen, bereits bekannten chemoautotrophen, schwefeloxydierenden symbiontischen Bakterien nahe verwandt. In diesem Projekt möchten wir den Nachweis einer Lektin-Zucker-Bindung zwischen den g-Proteobakterien und Laxus führen und untersuchen, ob die Bindung zwischen Bakterien und anderen Vertretern der Stilbonematinae, die alle Ektosymbionten tragen, dem gleichen Prinzip folgt. Zum Nachweis der Lektin-Bindung sollen Proteine von der Nematodenoberfläche extrahiert und mit Western Blots vorläufig charakterisiert und vermutliche Lektine chromatographische isoliert werden. Die Produktion von polyclonalen Antikörpern gegen die möglichen Lektine zusammen mit der gleichzeitigen Anlage einer L. oneistus l-cDNA Library wird es uns ermöglichen Lektin-cDNAs zu identifizieren, ihre Funktion zu bestimmen und ihr Expressionsmuster zu analysieren. Die Frage, inwieweit die bei Laxus vorhandenen Bindungsmechanismen auch bei anderen Stilbonematinen gefunden werden können, möchten wir durch den Vergleich der Oberflächeneigenschaften von Laxus mit denen naheverwandter Arten, die einen Bewuchs mit mehreren Arten von Mikroorganismen zeigen, untersuchen. Das Muster, wie Antikörper gegen Laxus-Lektine mit der Oberfläche anderer Stilbonematinen reagieren, wird uns helfen die hohe Spezifität des Bewuchses zu verstehen.

Die Entdeckung von Tiergemeinschaften an den heissen Quellen in der Tiefsee machte deutlich, dass reiches Leben auch in lichtlosen Lebensräumen möglich ist. Dies wird durch die Primärproduktion chemoautotropher, Schwefeloxidierender Bakterien ermöglicht, von der alle anderen Tiere abhängig sind. Obwohl thiotrophe Symbiosen seit drei Jahrzehnten intensiv beforscht werden, kennt man die molekularen Mechanismen, die dem Erkennen der Symbiosepartner zugrunde liegen, nicht. Die Körperoberfläche des marinen freilebenden Nematoden Laxus oneistus ist von einer Schicht Schwefeloxidierender Bakterien überzogen. Aus dieser Seichtwassersymbiose isolierten wir Mermaid, ein bisher unbekanntes Mannose-bindendes Protein, das die Anheftung der bakteriellen Symbionten an der Kutikula des Wurmes ermöglicht. Dies ist die erste Identifikation eines Moleküls, das für die Wirt-Symbionten-Bindung in einer thiotrophen Symbiose verantwortlich ist. Diese Entdeckung wird uns helfen, auch die Mechanismen der Partnererkennung in anderen Symbiosen zu verstehen. Überraschenderweise ist Mermaid einer Klasser der menschlichen Immunorezeptoren sehr ähnlich, die in einem früheren Stadium der Immunantwort spezifische Kohlehydratstrukturen auf Pathogenen, wie HIV erkennen. Diese Ähnlichkeit legt nahe, dass die Moleküle der Immunabwehr von Säugetieren aus Molekülen entstanden sind, die evolutionär gesehen, vorteilhaft für Interaktionen zwischen Bakterien und Invertebraten waren.