(Video nur in englischer Sprache verfügbar.)

Warum sind Symbionten so erfolgreich? Die Rolle von Wirtswechseln in der Evolution vererbter Symbionten

Die Hälfte aller Insektenarten ist mit bakteriellen Symbionten assoziiert die über die mütterliche Linie weitergegeben (‚vererbt‘) werden und sich nicht außerhalb ihrer Wirte fortpflanzen können. Diese Symbionten können die Biologie ihrer Wirte entscheidend beeinflussen, z.B. durch die Produktion von wichtigen Metaboliten, durch Manipulation der Wirtsreproduktion oder durch das Blockieren von Viren. Der Schlüssel zum Erfolg von vererbten Symbionten ist unter Anderem ihre Fähigkeit, neue Wirte zu besiedeln, also Wirtswechsel vorzunehmen. Dieser Prozess ist gut dokumentiert mit Hinsicht auf die Auswirkungen neuer Symbionten auf die Arthropodenwirte. Im Gegensatz dazu wissen wir sehr wenig darüber, welche Eigenschaften von Symbionten bei Wirtswechseln wichtig sind. So ist unklar warum manche Symbionten erfolgreicher und häufiger Wirte wechseln als andere, und welchen Einfluss eine neue Wirtsumgebung auf die Evolution von Symbionten hat. Diese Fragestellungen sind nicht nur wichtig um die Ökologie und Evolution dieser häufigen Bakterien besser zu verstehen, sondern sind auch eine Grundlage für die Anwendung von vererbten Symbionten in der biologischen Bekämpfung von Krankheiten.

Um die Rolle von Symbionten bei Wirtswechseln besser zu verstehen, werden wir zwei Ansätze verfolgen. Wir werden zum einen künstliche Wirtswechsel im Labor erzeugen und die Evolution von Symbionten in Anpassung an ihre neuen Wirte beobachten. Dazu werden wir verschiedene Arten der Taufliegen (Drosophila), sowie den außergewöhnlich schnell evolvierenden Symbionten Spiroplasma verwenden. Wir werden zum anderen natürlich vorkommende Symbionten der weit verbreiteten Gattung Wolbachia in verschiedenen Bienenarten untersuchen und aus genomischen Merkmalen Rückschlüsse über Wirtswechsel ziehen. Das geplante Projekt umfasst drei Komplexe: 1) Welche Eigenschaften von Symbionten sind bei Wirtswechseln relevant? Wir planen, Symbionten vor und nach künstlichen Wirtswechseln zu charakterisieren und besonders schnell evolvierende genomische Abschnitte identifizieren. Zudem werden wir natürlich seltene und häufige Symbionten genomisch charakterisieren und Eigenschaften beschreiben, die diese Unterschiede erklären können. 2) Welche Umweltfaktoren beeinflussen Wirtswechsel? Wir werden in Laborversuchen beobachten, wie sich Symbionten in neuen Wirtspopulationen unter veränderlichen Umweltbedingungen ausbreiten. Auch werden wir bestimmen ob diese Umweltfaktoren die Verbreitung von Symbionten unter natürlichen Bedingungen beeinflussen. 3) Welchen Effekt haben Wirtswechsel auf Symbionten? Wir werden Symbionten experimentell vielen Wirtswechseln unterziehen und beobachten, wie sich das auf deren Evolution, Fitness und Fähigkeit, sich in anderen Wirten zu etablieren auswirkt. Insgesamt wird das Projekt zu einem besseren Verständnis von der Rolle von Symbionten in Wirtswechseln führen und und dabei helfen, die außergewöhnliche Häufigkeit und Diversität von vererbten Symbionten zu erklären.

Dieses Projekt wird von der DFG über das Emmy Noether-Programm gefördert.