Evolutionäre Adaptation und regulatorische Anpassungen an der epithelialen Schnittstelle im Metaorganismus Hydra

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Fraune
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536281046

Im Laufe der Evolution haben sich mikrobielle Gemeinschaften von multizellulären Organismen zu integralen Bestandteilen von Wirtstieren entwickelt, die sowohl die Physiologie und als auch die Entwicklung eines Metaorganismus beeinflussen. Die Untersuchung der zugrundeliegenden evolutionären Prozesse ist entscheidend für das Verständnis, wie Bakterien die Aufrechterhaltung und Fitness von Metaorganismen beeinflussen. In diesem Projekt wollen wir die Frage beantworten, wie und warum Bakterien langfristige Assoziationen mit den ektodermalen Oberflächen von aquatischen Wirtsorganismen eingehen, die in ständigem Kontakt mit einer großen Anzahl unterschiedlichster Mikroben stehen. Dazu werden wir den Süßwasserpolypen Hydra und seinen Hauptkolonisierer Curvibacter als Symbiose-Modell verwenden. Das Betaproteobakterium Curvibacter besiedelt die Mukus-ähnliche Schicht des ektodermalen Epithels von Hydra. Dabei beschützt es den Wirt vor Pilzinfektionen und beeinflusst wichtige Entwicklungsprozesse. In ersten Rekolonisierungsexperimenten konnten wir bereits zeigen, dass native Curvibacter-Stämme einen signifikanten Kolonisierungsvorteil gegenüber nicht-nativen Curvibacter-Stämmen haben. Darüber hinaus zeigen Metatranskriptomanalysen das hohe Potenzial von Curvibacter, sein Genexpressionsprofil an die Wirtsbedingungen anzupassen und dabei eine große Anzahl von Genen zu regulieren, die möglicherweise an der ROS-Abschwächung beteiligt sind. Im Rahmen dieses Antrags wollen wir die Anpassung von Curvibacter an das Hydra-Epithel sowohl auf genomischer als auch auf transkriptioneller Ebene untersuchen. Dabei werden wir einerseits einen vergleichenden genomischen Ansatz verwenden, um die bakteriellen Gene zu identifizieren, die während der Co-Speziation von Hydra und Curvibacter divergiert sind und möglicherweise die artspezifische Besiedlung vermitteln. Mit Hilfe genetischer Methoden wollen wir die Funktion dieser identifizierten Gene im Zusammenhang der Hydra-Curvibacter Symbiose im Detail untersuchen. Anderseits werden wir eine Zeitreihe von bakteriellen Transkriptomen erstellen, um die dynamischen Anpassungen von Curvibacter während der Etablierung und Aufrechterhaltung der Symbiose mit Hydra zu untersuchen. Unser Ziel ist es, bakterielle Gene zu identifizieren und funktionell zu charakterisieren, die für metabolische Anpassungen an den Lebensraum des Wirts erforderlich sind und an der Interaktion von Wirt und Bakterien beteiligt sind. Dieses Projekt wird die Anpassungen von Curvibacter an den Lebensraum des Hydra-Wirts sowohl auf genomischer als auch auf transkriptioneller Ebene aufzeigen und ermöglicht es uns, die enge Interaktion zwischen Hydra und Curvibacter auf molekularer Ebene funktionell zu verstehen. Insgesamt wird dies zu unserem Verständnis beitragen, wie sich tierische Symbiosen im aquatischen Lebensraum entwickelt haben und aufrechterhalten werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen