Evolution and intrazelluläre Kooperation in einer sehr alten Ernährungssymbiose

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Gruber-Vodicka
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Biochemie und Physiologie der Tiere ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495424895

Intrazelluläre Symbiosen haben eine Schlüsselfunktion in der Evolution und stellen einen äußerst erfolgreichen Weg da, zu evolutionären Innovationen wie der direkten Nutzung von Chemosynthese in Tieren zu gelangen. Dieses Projektvorhaben beschäftigt sich mit der Evolution und der Funktionsweise einer der am tiefgreifendsten verzahnten Symbiosen zwischen Bakterien und Tieren – den mundlosen Plattwürmern der Gattung Paracatenula und ihren chemosynthetischen Riegeria Symbionten. Im Vergleich zu den oftmals hochgradig reduzierten Ernährungssymbiosen in Insekten weisen die Riegeria Symbionten einen äußerst vielseitigen Stoffwechsel auf und können alle Grundbausteine der Zelle selbst herstellen. Im ersten Teil dieses Projektes werden wir erarbeiten, welchen Einfluss dieses sehr große und essentielle genetische Spektrum auf die evolutionären Dynamiken während der Reduktion des Symbiontengenomes hatte. Wir verwenden dazu die vergleichende Analyse der meta-genomischen Daten von 38 Wirtsspezies, die wir von weltweit verteilten Standorten gewonnen haben. Der zweite Teil dieses Projektes beschäftigt sich mit der Integration von Wirt und Symbiont über den zellulären Metabolismus. Der Symbiont produziert PHA, eine bei Bakterien weit verbreitete Art von Bioplastik, die zur Speicherung von Energie und Kohlenstoff dient und die Tiere normalerweise nicht abbauen können. Überraschenderweise hat jedoch der bakterielle Symbiont keine PHA Depolymerasen, die für den Abbau notwendig sind, der tierische Wirt jedoch produziert mehrere Varianten dieses für die Nutzung unabdingbaren Enzyms. Wir werden nun die Funktion und die Verteilung der Enzymproduktion im Wirten charakterisieren. Außerdem testen wir, ob ein Transfers von Wirtsenzymen wie der angesprochenen PHA-Depolymerase in den Symbionten stattfindet, denn solch ein Enzymtransfer würde die Grenzen zwischen bakteriellen Symbionten und Zellorganellen verwischen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen