Cnidarians fjernbetjener bakterier

I moderne biovidenskab, et paradigmeskift bliver mere og mere tydeligt:​​livsformer betragtes ikke længere som selvstændige enheder, men i stedet meget komplekse og funktionelt indbyrdes afhængige samfund af organismer. Udforskningen af ​​de tætte forbindelser mellem multicellulært og især bakterieliv vil, i fremtiden, være nøglen til en bedre forståelse af livsprocesser som helhed, og især overgangen mellem sundhed og sygdom. Imidlertid, hvordan samarbejdet og kommunikationen mellem organismerne fungerer i detaljer, er i øjeblikket stort set ukendt. Et vigtigt skridt fremad i dechifrering af disse multi-organismerelationer er nu taget af forskere fra celle- og udviklingsbiologisk arbejdsgruppe ved Kiel Universitets zoologiske institut:forskerne, ledet af Dr. Sebastian Fraune, har for første gang været i stand til at bevise, at værtsorganismer ikke kun kan kontrollere sammensætningen af ​​deres koloniserende bakterier, men også deres funktion. CAU-forskerne offentliggjorde deres banebrydende resultater - afledt af eksemplet med ferskvandspolyppen Hydra og deres specifikke bakterielle symbionter - sidste mandag i det seneste nummer af det videnskabelige tidsskrift Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Udgangspunktet for vores undersøgelse var observationen af, at Hydra kan påvirke sammensætningen af ​​artsspecifik bakteriel kolonisering, ved dannelse af visse antimikrobielle stoffer, " forklarede Dr. Cleo Pietschke, hovedforfatter af undersøgelsen. I princippet, disse simple livsformer klarer derved den samme opgave, som højere udviklede organismer også skal udføre for at etablere et sundt mikrobiom:ved at bruge deres immunsystem, de sikrer kolonisering med den "rigtige" sammensætning af bakterier, og skal samtidig forhindre nyttige mikroorganismer i at have en skadelig virkning. Det præsenterede arbejde fokuserede på, hvordan denne koloniseringsproces understøttes af kommunikationen mellem vært og bakterier.

Når en bestemt befolkningstæthed er nået, bakterielle samfund kan arbejde sammen i teams, for at udføre visse funktioner. Koordineringen af ​​disse funktioner er baseret på en sensormekanisme, hvormed de enkelte bakterier kan bestemme den samlede befolkningstæthed ved hjælp af signalmolekyler. Når en tærskelværdi er nået, disse signalmolekyler aktiverer gener, og derved regulere visse cellulære funktioner. Ved at bruge denne proces, kendt som kvorumsføling, bakteriekontrolfunktioner såsom kolonisering af overflader, eller produktion af toksiner.

Kiel -forskergruppen har nu vist, at værtsorganismen kan ændre bakteriens kvorumfølelsesmekanisme. Cnidarians påvirker derved direkte bakteriesignalmolekylerne, og dermed aktivt fremme koloniseringsprocessen af ​​deres eget væv. "Vi har fundet ud af, at Hydra ikke kun påvirker tilstedeværelsen af ​​deres bakterielle symbionter, men kan også direkte forstyrre deres funktion, "understregede Fraune, forskningsassistent i celle- og udviklingsbiologisk arbejdsgruppe. Forskergruppen beskrevet detaljeret, for første gang, en vært, der bruger quorum quenching til at hæmme bakteriers molekylære kommunikation. Tidligere var der kun to andre eksempler på sådanne indgreb fra en værtsorganisme. Specifikt, Kiel-forskerne beviste, at en modifikation af visse signalmolekyler af værten fremmer kolonisering af Curvibacter, de hyppigst forekommende bakterier forbundet med Hydra.

CAU-forskerne undersøgte værtsmekanismens indflydelse på dets bakterielle samfund ved at observere effekten af ​​et signalmolekyle og dets værtsmodificerede bakterielle modstykke. For det første, de bragte bakteriefri Hydra, dvs. laboratorieopdrættede organismer uden bakteriel kolonisering, i kontakt med Curvibacter-bakterier. Det var tydeligt, at bakteriekoloniseringen var dårlig, så længe ikke-modificerede signalmolekyler var til stede. Så snart disse blev ændret af værtsorganismens indflydelse, bakterierne koloniserede cnidariernes krop i normalt omfang. Forskerne gentog derefter eksperimentet med organismer, der allerede udviste bakteriel kolonisering. Det samme mønster opstod her, også:kun de værtsmodificerede signalmolekyler opmuntrede til konsekvent og typisk kolonisering af Hydra af deres bakterielle symbionter. Yderligere undersøgelser er nødvendige for at afgøre, hvordan disse resultater, hentet fra cnidarian model organismer, kan anvendes på andre livsformer. Imidlertid, da Hydra er primitive evolutionære organismer, det er sandsynligt, at denne mekanisme også er til stede i højt udviklede organismer.

"I grænsefladen mellem grundforskning og medicin, det bliver stadig tydeligere, at nøglen til sundhed ligger i balancen mellem kroppen og bakterielle symbionter. I fremtiden har vi den udfordrende opgave at forsøge at forstå de meget komplekse forhold mellem værter og bakterier. Med vores nye resultater, vi er et lille skridt tættere på at opnå dette, sagde en optimistisk Fraune.