Reproduction mechanisms of host (nematode)- attached bacteria

Unser derzeitiger Wissenstand der bakteriellen Zellbiologie basiert großteils auf Studien einer Handvoll kultivierbarer Modellorganismen wie Escherichia coli. Die meisten Bakterien verwenden das Tubulinhomolog FtsZ und das Aktinhomolog MreB, um die subzellulären Komplexe, die für Wachstum und Teilung zuständig sind zu koordinieren. Stäbchenförmige Modellbakterien verdoppeln ihre Länge, bilden danach ein transversales Septum in der Zellmitte und bringen dadurch zwei identische Tochterzellen hervor. Allerdings wurden sowohl bei Symbionten von Pflanzen als auch von Tieren diverse erstaunliche Reproduktionsanomalien beschrieben. Die Stilbonematinae, eine Unterfamilie von freilebenden marinen Fadenwürmern, tragen auf ihrer Kutikula schwefeloxidierende Gammaproteobakterien, die solche außergewöhnlichen Reproduktionsmodi aufweisen. Das Ziel dieser Arbeit war es einen Einblick in die zellulären und molekularen Mechanismen der Reproduktion von vier Symbionten der Stilbonematinae zu bieten: die stäbchenförmigen Symbionten von Laxus oneistus und Robbea hypermnestra (Candidatus T. oneisti und Ca. T. hypermnestrae) sowie die filamentösen Symbionten von Eubostrichus dianeae und Eubostrichus fertilis (Ca. T. dianeae und Ca. T. fertilis). Mittels Immunofärbung und automatisierter Bildanalyse konnten subzelluläre Lokalisationsmuster der Symbionten FtsZ Proteine beschrieben werden. Unsere Ergebnisse zeigten, dass obwohl außergewöhnlich lang, sich Ca. T. dianeae und Ca. T. fertilis durch eine auf FtsZ-basierende binäre Zellteilung reproduzieren. Ca. T. fertilis kann sich unabhängig von der Zelllänge in Zellen von 4 bis 45 µm Länge teilen. In Ca. T. dianeae wiederum findet Zellteilung in 120 µm-lange Zellen statt, dies macht es zum längsten bekannten Bakterium, das sich durch binäre Zellteilung teilt. Stäbchenförmigen Ca. T. hypermnestrae akkumulieren FtsZ zunächst am proximalen (dem Wirt zugewandten) und danach am distalen (vom Wirt abgewandten) Zellpol. Dies führt zu einer asynchronen Zelllängsteilung durch nicht konkomitierende und nicht koplanare FtsZ-Cluster. Um das Zellwachstum zu verfolgen, verwendeten wir fluoreszierende metabolische Peptidoglycan Sonden in lebenden Ca. T. oneisti und Ca. T. hypermnestrae in Kombination mit Immunofärbung mit Antikörpern gegen FtsZ und MreB. Wir konnten zeigen, dass der Einbau von neuem Zellwandmaterial an den Polen beginnt und sich dann weiter nach innen fortsetzt. Dies passiert gleichzeitig mit der auf FtsZ-basierende Membraneinschnürung und MreB wird für diesen Prozess gebraucht. Um zu testen, ob das Min System für die Platzierung des Septums in sich longitudinal teilenden Bakterien zuständig ist, haben wir Ca. T. oneisti und Ca. T. hypermnestrae minE in Kombination mit sfGPF-markierten E. coli minD in einem E. coli ΔminDE Stamm ektopisch exprimiert. Das E. coli Genome konnte komplementiert werden und das Symbionten MinE verursachte sf-GFP-MinD Pol-zu-Pol-Oszillation in E. coli. Abschließend lässt sich sagen, dass die Arbeit an bakteriellen Symbionten gezeigt hat, dass sogar fundamentale Prozesse wie Wachstum und Teilung durch den symbiontischen Lebensstil verändert werden können, ohne dabei die zugrunde liegenden molekularen Schlüsselmechanismen zu ersetzen. Diese Arbeit ist ein Wegbereiter für zukünftige Forschung an der Einflussnahme des Wirtes auf die Zellbiologie des Symbionten. Gleichzeitig versteht sie sich als Aufforderung zur Ausdehnung des Feldes der bakteriellen Zellbiologie auch auf Nicht-Modellorganismen