Für die meisten mehrzelligen Organismen, darunter auch für uns Menschen, spielt das eigene Mikrobiom eine lebenswichtige Rolle. Symbiotische Mikroorganismen unterstützen unsere Stoffwechselprozesse, prägen unser Immunsystem und können sogar unser psychisches Wohlbefinden beeinflussen. Die Zusammensetzung des Mikrobioms wird dabei von vielen Faktoren beeinflusst: Dazu zählt neben Ernährung, Umwelteinflüssen und Lebensstilfaktoren auch die Stammesgeschichte des Wirts. Da sich Mikrobiome und ihre Wirte im Laufe der Evolution gemeinsam entwickelt haben, sprechen Forschende auch von einer sogenannte Phylosymbiose.
Hilfreiches Mikrobiom
Ein besonderes Beispiel einer solchen Phylosymbiose hat nun ein Team um Emanuela Buschi von der Polytechnischen Universität Marken in Italien aufgedeckt. „Wir haben das Mikrobiom von drei endemischen und weit verbreiteten Arten antarktischer Ringelwürmer untersucht“, berichtet das Team. Denn die Würmer der Arten Leitoscoloplos geminus, Aphelochaeta palmeri und Aglaophamus trissophyllus haben eine rätselhafte Besonderheit: Obwohl sie wechselwarm sind, können sie die eisige Kälte des antarktischen Meeressediments überleben, ohne dabei einzufrieren. Schon früher bestand deshalb die Vermutung, dass es symbiotische Bakterien sind, die den Würmern die Anpassung an den extremen Lebensraum ermöglichen.
Diese Vermutung haben Buschi und ihr Team nun bestätigt. „Anhand von Analysen des gesamten genetischen Materials sowie aller Proteine der Würmer haben wir gezeigt, dass diese Wirbellosen einen stabilen bakteriellen Bestand enthalten, der von den Bakterienarten Meiothermus und Anoxybacillus dominiert wird“, berichten die Forschenden. „Das führt zu einer vielseitigen genetischen Ausstattung und einem einzigartigen Portfolio von Proteinen, die für die Bewältigung extrem kalter Bedingungen nützlich sind.“ Dazu zählen insbesondere sogenannte Kälteschockproteine, die dafür sorgen, dass die Zellfunktionen auch bei sehr kalten Temperaturen aufrecht erhalten bleiben, sowie eisbindende Proteine.
Übertragung von Generation zu Generation
Doch woher haben die Würmer ihre hilfreichen bakteriellen Partner? Um diese Frage zu beantworten, untersuchte das Team die Verbreitung verschiedener Arten von Bakterien im Meeressediment. Das Ergebnis: Ausgerechnet die für die Würmer lebenswichtigen Bakterien Meiothermus und Anoxybacillus fehlen im Meeressediment fast völlig. Das lässt darauf schließen, dass die symbiontischen Bakterien vorwiegend in den Würmern vorkommen und für ihr eigenes Überleben auf ihre “Gastgeber” angewiesen sind. Sie werden nicht etwa von jedem Wurm-Individuum aus dem Boden aufgenommen, sondern von Generation zu Generation weitervererbt.
