In einem spannenden interdisziplinären Forschungsprojekt, das die Zusammenarbeit zwischen der Universität Jena und der ETH Zürich umfasst, stehen die bemerkenswerten Eigenschaften von Pilz-Bakterien-Symbiosen im Fokus. Die Studie versucht, künstliche Symbiosen zu erzeugen, die potenziell wichtige Anwendungen in der Medizin, der Landwirtschaft und der Umwelttechnik bieten könnten. Diese Arbeiten könnten dazu beitragen, Pflanzen gegen Krankheiten widerstandsfähiger zu machen oder Pilze zu modifizieren, damit sie spezifische chemische Substanzen oder sogar pharmazeutische Wirkstoffe produzieren.
Die Basis dieser Untersuchungen ist eine natürliche Pilz-Bakterien-Symbiose, die am Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie entdeckt wurde. Prof. Christian Hertweck, der die Forschung an der Universität Jena leitet, und die ETH Zürich unter der Leitung von Prof. Julia Vorholt, setzen innovative Techniken ein, um gezielt Bakterien in die Zellen von Pilzen zu implantieren. Durch gezielte Evolutionsexperimente wird erforscht, wie diese Symbiosen stabilisiert werden können. Diese Erkenntnisse fließen auch in den Exzellenzcluster „Balance of the Microverse“ ein, der sich mit dem Verständnis von mikrobiellen Gemeinschaften beschäftigt.
Die Forschungsergebnisse im Detail
Ein besonders interessanter Aspekt der Studie ist die Injektion von zwei verschiedenen Bakterienarten in die Zellen des Pilzes Rhizopus microsporus: Escherichia coli und Mycetohabitans rhizoxinica. Während E. coli sofort eine Abwehrreaktion des Pilzes auslöste, gelang es Mycetohabitans, sich dauerhaft in den Zellen des Pilzes und sogar in dessen Sporen einzunisten. Dies ist entscheidend für die Übertragung an die nächste Generation von Pilzen. Die frühen Phasen der Infektion führten dazu, dass die betroffenen Sporen weniger häufig keimten und die Wachstumsraten der neuen Pilze langsamer waren.
Durch gezielte Auswahl der Pilze, die fähig waren, Bakterien an ihre Nachkommen weiterzugeben, erholte sich die Pilzpopulation im Laufe mehrerer Generationen. Über die Zeit entwickelten sich Anpassungen zwischen dem Wirt und dem Bakterium, die eine optimierte Zusammenarbeit zur Folge hatten. Die Befunde legen nahe, dass das zusammenlebende Bakterium auch zur Produktion von biologisch aktiven Molekülen beitragen kann, die dem Pilz helfen, Nährstoffe zu beschaffen und sich gegen Fressfeinde wie Fadenwürmer oder Amöben zu verteidigen.
Die Fragilität von Endosymbiosen
Ein zentrales Thema der Studie ist die Fragilität der frühen endosymbiotischen Systeme. Julia Vorholt erläutert, dass für die Etablierung und Stabilisierung neuer Endosymbiosen eine gegenseitige Vorteilhaftigkeit erforderlich ist. Besonders wichtig ist, dass der eindringende Organismus Eigenschaften mitbringt, die das Zusammenleben begünstigen. Für den Wirt öffnet sich durch die Integration eines anderen Organismus die Möglichkeit, neue, vorteilhafte Merkmale zu übernehmen, was allerdings oft durch Anpassungen begleitet wird.
Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts sind nicht nur von wissenschaftlichem Interesse, sondern könnten auch tiefgreifende Auswirkungen auf die Biotechnologie haben. Die Fähigkeit, gezielt Bakterien in Pilze zu integrieren und deren Eigenschaften zu manipulieren, eröffnet innovative Ansätze zur Lösung von Herausforderungen in der Landwirtschaft und Medizin, die in der heutigen Zeit von zentraler Bedeutung sind. Weitere Informationen finden Sie hier.
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