Bakterielles "Aphrodisiakum" Versetzt Einen Einzelligen Organismus In Paarungsrausch

Die Forscher waren überrascht zu beobachten, wie bakterielles Protein einen Wechsel von asexuellem zu sexuellem Verhalten auslöste.

Forscher sind auf ein überraschendes Aphrodisiakum für einen einzelligen Organismus gestoßen: ein Protein, das von einem Bakterium sekretiert wird. Sie schlagen vor, dass es das erste Mal ist, dass Bakterien eine Rolle bei der Kontrolle des sexuellen Verhaltens von Eukaryoten spielen - der Lebensdomäne, zu der Pilze, Pflanzen und Tiere gehören.

Der betroffene Organismus gehört zu den Choanoflagellaten: spermienähnliche Wesen, die zu den am nächsten lebenden einzelligen Verwandten von Tieren gehören. Biologen untersuchen sie, um zu verstehen, wie sich einzellige Organismen zu den frühesten mehrzelligen Tieren entwickelt haben.

Choanoflagellaten teilen sich normalerweise ungeschlechtlich. Bisher war es Wissenschaftlern nur gelungen, sie zur Paarung zu überreden, indem sie ihr Essen zurückhielten.

Ein Team unter der Leitung der Mikrobiologin Nicole King von der University of California in Berkeley untersuchte, wie bestimmte bakterielle Signale eine asexuelle Teilung des Choanoflagellaten Salpingoeca rosetta induzieren, als sie etwas Überraschendes entdeckten: Das Hinzufügen eines Meeresbakteriums namens Vibrio fischeri zur Kultur verursachte S. rosetta schwärmen in einen Paarungsrausch und vermehren sich sexuell.

"Es war völlig unerwartet", sagt Jon Clardy, Biochemiker und Co-Autor der Studie an der Harvard Medical School in Boston, Massachusetts. "Um ehrlich zu sein, haben wir V. fischeri als Kontrolle verwendet, weil wir wussten, dass dies keine Mehrzelligkeit hervorrufen würde." Die Arbeit wurde am 31. August in Cell veröffentlicht.

Protein-Aufschwung

Weitere Experimente ergaben, dass die Bakterien ein Protein sekretierten - das die Forscher nach dem griechischen Gott des Geschlechts EroS nannten -, das das Schwarmverhalten verursachte. Die Choanoflagellaten gruppierten sich in Gruppen von bis zu 35 Personen und fusionierten frontal, bevor sie ihre DNA duplizierten und rekombinierten und sich dann in genetisch unterschiedliche Nachkommen aufteilten.

"Es ist das erste Mal, dass ich sehe, wie Bakterien in einer eukaryotischen Zelle die Paarung induzieren", sagt Vanessa Sperandio, Mikrobiologin am Southwestern Medical Center der Universität von Texas in Dallas. Sperandio weist darauf hin, dass Bakterien das Verhalten mehrzelliger Tiere stärker beeinflussen könnten als wir wissen. Wenn ein neuer Signalweg entdeckt wird, besteht die Möglichkeit, dass ähnliche Entdeckungen in anderen Gruppen von Organismen folgen.

"Es ist seltsam, sich auf Bakterien zu verlassen, um Ihre Paarung zu induzieren", stimmt Nick Brown zu, ein Zellbiologe an der Universität von Cambridge, Großbritannien. Er sagt, dass er in weiteren Arbeiten gerne wissen würde, ob und wenn ja, wie Choanoflagellaten ihr eigenes sexuelles Verhalten auslösen können.

Die Forscher glauben nun, dass der beobachtete Mechanismus darin bestehen könnte, wie sich S. rosetta normalerweise in freier Wildbahn vermehrt. Es lebt in denselben Küstenlebensräumen wie V. Fisheri, und natürliche Konzentrationen des bakteriellen Aphrodisiakums können dazu führen, dass sich die Choanoflagellaten in großer Zahl ansammeln, was es wahrscheinlicher macht, dass zwei Zellen zur sexuellen Reproduktion zusammenkommen.

Die Studienautorin Arielle Woznica von der University of California in Berkeley schlägt vor, dass sich Choanoflagellaten möglicherweise angepasst haben, um V. Fisheri als Indikator dafür zu verwenden, dass Umweltbedingungen eine sexuelle Fortpflanzung erfordern.

Paarungsmechanik

Warum Bakterien das Geschlecht in Chaonoflagellaten kontrollieren würden, ist noch nicht klar. Die Forscher haben jedoch einige Theorien darüber, wie das Protein die Paarung induziert. EroS ist ein Enzym, das eine Verbindung zerschneidet, die in der extrazellulären Matrix von S. rosetta gefunden wird, einer Ansammlung von Strukturmolekülen, die die Zelle umgeben. Die Verbindung, auf die es abzielt, Chondroitinsulfat genannt, wird aus Zuckermolekülen hergestellt. Daher ist es wahrscheinlich, dass V. Fisheri EroS absondert, um sich von diesem Molekül zu ernähren, sagen die Autoren.

Clardy schlägt vor, dass das Kauen der extrazellulären Matrix die Zellen physikalisch „erweichen“kann, so dass zwei Choanoflagellaten fusionieren können. King untersucht einen anderen Hinweis: Sie glaubt, dass Chondroitinsulfat ein Signalmolekül sein könnte, das nur dann aktiv wird, wenn es durch EroS gespalten wird.

Das Ergebnis ist eines von immer mehr Beispielen für das „Cross-Kingdom-Signalling“- ein Prozess, bei dem eine Gruppe von Organismen Hinweise von einer anderen aufgreift. Dies hat Auswirkungen auf den Reichtum der chemischen Ökologie, der noch entdeckt werden muss, sagt Rosie Alegado, Mikrobiologin an der Universität von Hawaii in Manoa. Andere Mikroben, die als asexuell gelten, könnten davon überzeugt sein, Sex auszuprobieren - wenn sie den richtigen Bedingungen ausgesetzt sind.