Marine Schwämme und ihre Mikroben

Schwämme gehören zu den ältesten Tieren auf unserem Planeten und haben sich vor über 650 Millionen Jahren entwickelt. Heute sind mehr als 8.600 Schwammarten offiziell beschrieben, von denen die meisten in marinen Ökosystemen leben. Schwämme wachsen am Meeresboden, wo sie kontinuierlich enorme Mengen Meerwasser durch ihren Körper pumpen, um kleine Partikel aus dem Wasser herauszufiltern, von denen sie sich ernähren. Die bemerkenswerte Filtrationskapazität von Schwämmen hilft beim Recyceln von Nährstoffen in marinen Ökosystemen und daher sind Schwämme ein wichtiger Bestandteil des marinen Nahrungsnetzes. Darüber hinaus ist bekannt, dass Schwämme eine Vielzahl chemischer Substanzen produzieren, die in der Medizin und Biotechnologie Anwendung finden. Das Geheimnis des evolutionären, ökologischen und biotechnologischen Erfolgs von Schwämmen ist die Symbiose mit Mikroben. Schwämme beherbergen eine Vielzahl von Mikroben in ihrem Gewebe. Die symbiotischen Mikroben können bis zu 35% des Gewichts des Schwamms ausmachen, und diese Mikroben können sehr unterschiedlich sein (von wenigen mikrobiellen Arten bis zu hunderten verschiedenen mikrobiellen Arten in einem einzigen Schwamm). Die mikrobiellen Symbionten spielen eine wichtige Rolle für die Gesundheit von Schwämmen. Bis heute ist die mechanistische Wechselwirkung zwischen dem Schwamm und seinen Symbionten jedoch nur sehr wenig bekannt. In diesem Projekt werden wir Schlüsselfragen der Schwamm-Mikroben-Symbiose mit einer neuartigen Kombination modernster molekularer Methoden und innovativen Mikroskopie Techniken erforschen. Dieses Projekt zielt beispielsweise darauf ab, zu erforschen, wie mikrobielle Symbionten zwischen den Schwammeltern und ihren Nachkommen übertragen werden, und die Funktionen der mikrobiellen Symbionten in den ersten Tagen eines Babyschwamms zu untersuchen. Wir untersuchen auch wie Nährstoffe zwischen dem Schwamm und seinen mikrobiellen Symbionten geteilt werden und wie Schwammkrankheiten den Nährstofffluss zwischen ihnen stören können. Der Korallenriffschwamm Ianthella basta, oft als Elefantenohrschwamm bezeichnet, wird in diesem Forschungsprojekt als Modellorganismus verwendet. Diese Schwammart kommt häufig in Korallenriffen im gesamten Indopazifik vor, hat einen sehr einfachen fächerförmigen Körper, kann über einen längeren Zeitraum in einem Aquariasystem gehalten werden und lebt in einer symbiotischen Beziehung mit drei mikrobiellen Arten. Die Schwammproben werden in Zusammenarbeit mit Dr. Nicole Webster (Australisches Institut für Meereswissenschaften) am Great Barrier Reef gesammelt und anschließend in der Abteilung für Mikrobielle Ökologie (DOME - Division of Microbial Ecology) an der Universität Wien analysiert.

Wussten Sie, dass marine Schwämme, diese faszinierenden Kreaturen des Ozeans, eine entscheidende Rolle im Gleichgewicht von Kohlenstoff und Stickstoff in ihren Ökosystemen spielen? Sie erreichen dies mit Hilfe winziger Partner namens Ammonium-oxidierende Archaeen, oder AOA kurz. Doch unser Verständnis davon, wie diese AOA funktionieren und innerhalb von Schwammgemeinschaften interagieren, ist noch sehr gering. In unserem vom FWF finanzierten Projekt tauchten wir in die Welt der mit Schwämmen assoziierten AOA ein und machten einige spannende Entdeckungen. Wir identifizierten neuartige, aber unterschiedliche Gruppen dieser Mikroben, jede mit ihren eigenen einzigartigen Merkmalen und Rollen. Zuerst stießen wir auf eine brandneue Gruppe von AOA, die wir als "Nitrosokoinonia" bezeichnet haben. Diese kleinen Mikroben sind so etwas wie die Recycling-Champions der Schwammwelt. Sie bauen Abfallprodukte des Schwamms, wie Ammonium und Harnstoff, ab und wandeln sie in Energie um. Sie erhalten sogar Unterstützung von anderen Bakterien, den sogenannten Nitrit-oxidierenden Bakterien (NOB), die die Abfälle von den AOA weiter recyceln und dabei helfen, das Gewebe ihres Schwammwirts zu entgiften. Dann untersuchten wir einen weiteren AOA-Symbionten namens "Nitrosospongia ianthellae", der ausschließlich im tropischen Elefantenohr-Schwamm (Ianthella basta) vorkommt. Dieser Symbiont lebt in enger Beziehung zu einem anderen Bakterium im Gewebe seines Schwammwirts. Zusammen arbeiten sie daran, Taurin, eine häufige Verbindung in Schwämmen, abzubauen. Wir stießen auch auf ungewöhnliche AOA mit unglaublich winzigen Genomen (gesamtes Erbgut). Aber lassen Sie sich nicht von ihrer reduzierten Genomegröße täuschen - sie sind immer noch fleißig am Arbeiten. Diese Mikroben sind Experten darin, Energie zu gewinnen, indem sie Ammonium in Nitrit umwandeln und so Kohlenstoff fixieren, was dem Schwammwirt hilft, überschüssiges Ammonium in seinem Gewebe loszuwerden. Insgesamt zeigt unsere Forschung, wie erstaunlich die Welt der mit Schwämmen assoziierten AOA ist. Indem wir ihre Rollen und Beziehungen verstehen, gewinnen wir wertvolle Einblicke in die Funktionsweise dieser faszinierenden Symbiose.