Dokument: Alkaloide in Schwämmen der Gattung Aplysina –
chemische Ökologie und assoziierte Bakterien

Titel:Alkaloide in Schwämmen der Gattung Aplysina –
chemische Ökologie und assoziierte Bakterien
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URN (NBN):urn:nbn:de:hbz:061-20040629-000859-8
Kollektion:Dissertationen
Sprache:Deutsch
Dokumententyp:Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:Text
Autor: Thoms, Carsten [Autor]
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Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:Prof. Dr. Proksch, Peter [Gutachter]
Prof. Dr. Bridges, Christopher R. [Gutachter]
Stichwörter:Aplysina, Schwämme, Biotransformation, Isoxazolinalkaloide, Tylodina perversa, Fütterungsexperiment, Speicherung von Sekundärmetaboliten, Verpflanzung, schwamm-assoziierte Bakteriengemeinschaft, DGGEsponges, bioconversion, chemical ecology, feeding experiment, opisthobranchia, sequestration of secondary metabolites, transplantation, sponge-associated microbial community, bacteria, 16S rDNA
Dewey Dezimal-Klassifikation:500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:

Schwämme der Gattung Aplysina akkumulieren bromierte Isoxazolinalkaloide in ausgesprochen hohen Konzentrationen von über 10% ihres Trockengewichtes. Diese verleihen ihnen einen wirksamen Fraßschutz gegenüber Fischen. Kommt es dennoch zu einer Verletzung des Schwammgewebes, werden diese Metabolite in die monozyklischen Verbindungen Aeroplysinin-1 und Dienon transformiert. Darüber hinaus sind Aplysina – Schwämme mit ausgesprochen diversen Bakteriengemeinschaften assoziiert, die etwa 40% ihrer Biomasse ausmachen. Dies macht die Schwammgattung Aplysina sowohl für chemoökologische als auch für mikrobiologische Studien sehr interessant.

In der vorliegenden Arbeit wurde das Alkaloidmuster von mehreren Aplysina – Schwämmen aus unterschiedlichen Lebensräumen im Mittelmeer miteinander verglichen. Der Ablauf der verletzungsinduzierten Biotransformation der Isoxazolinalkaloide im Gewebe dieser Schwämme und in karibischen Aplysina – Arten wurde charakterisiert. Hierfür wurden Experimente an frischem, lebendem Gewebe und an gefriergetrocknetem Schwammmaterial durchgeführt. Ferner wurden die Biotransformationsreaktionen auf eine Beteiligung von Enzymen und auf ihre ökologische Funktion hin untersucht.

Die Mittelmeerschnecke Tylodina perversa ist trotz der auf Fische stark fraßhemmend wirkenden Isoxazolinalkaloide in Aplysina aerophoba ein spezialisierter Fraßfeind dieses Schwammes. Sie speichert die Alkaloide aus ihrer Nahrung sogar selektiv in ihren Organen und ihrem Laich. Erstmals konnte gezeigt werden, dass Tylodina perversa neben Aplysina aerophoba ebenfalls den mediterranen Schwamm Aplysina cavernicola frisst. Dabei lagert sie auch die Metabolite dieser Schwammart selektiv in ihre Gewebe ein. Die Ergebnisse von Langzeitfütterungsversuchen mit Tylodina perversa machen wahrscheinlich, dass die Schnecke in der Lage ist, aufgenommene Schwammalkaloide über mehrere Wochen in ihrem Mantelgewebe zu speichern.

In einem Verpflanzungsexperiment mit dem Mittelmeerschwamm Aplysina cavernicola erwiesen sich sowohl das Alkaloidmuster als auch die Bakteriengemeinschaft im Gewebe dieses Schwammes als ausgesprochen stabil gegenüber Veränderungen in den Umgebungsbedingungen. Mit Hilfe einer Analyse mittels Denaturierender Gradienten Gel Elektrophorese (DGGE) von 16S rDNA, die aus den Schwämmen des Experimentes isoliert worden war, wurden die Bakteriengemeinschaften der verpflanzten Aplysina cavernicola – Individuen untereinander und mit Individuen des Originalstandortes verglichen. Auf diese Weise konnte erstmals zwischen einem variablen und einem konstanten Teil der Bakteriengemeinschaft eines Schwammes unterschieden werden. Die phylogenetische Analyse der aus dem Gewebe von Aplysina cavernicola isolierten Bakterien – DNA ergab, dass konstant mit diesem Schwamm assoziierte Bakterien einer schwammspezifischen mikrobiellen Gemeinschaft angehören. Diese Bakteriengemeinschaft tritt in verschiedenen Schwammarten unabhängig von deren teilweise großer geographischer und phylogenetischer Entfernung auf.

Sponges of the genus Aplysina accumulate brominated isoxazoline alkaloids at concentrations higher than 10% of their dry weight. In feeding experiments, these metabolites revealed strong anti-feeding activity against fishes. Upon injury of the sponge tissue, the isoxazoline precursors are converted into the monocyclic compounds, aeroplysinin-1 and dienone. Besides, Aplysina sponges are associated with diverse bacterial communities that make up for about 40% of their biomass. Therefore sponges of the genus Aplysina are interesting candidates for chemo-ecological as well as for microbiological research.

In the present study, the alkaloid pattern of Mediterranean Aplysina sponges from different habitats was compared. The process of the injury-induced biotransformation was characterized in these sponges as well as in Caribbean Aplysina species. Experiments were performed with fresh, living sponge tissue and with lyophilized material. Moreover, the ecological relevance of the biotransformation and a possible contribution of enzymes to the reactions were analyzed.

Despite the feeding deterrent properties of the isoxazoline alkaloids in Aplysina aerophoba against generalists, the Mediterranean opisthobranch Tylodina perversa is a specialized predator of this sponge. The slug even sequesters the alkaloids from its prey into its own tissue including the egg ribbons. For the first time it was demonstrated that Tylodina perversa, aside from Aplysina aerophoba, feeds on the Mediterranean sponge Aplysina cavernicola and sequesters the metabolites of this species selectively into its own tissues. Long-term feeding experiments revealed that the slugs are probably able to store sponge-derived alkaloids for more than seven weeks in their mantle tissue.

In a transplantation experiment with Aplysina cavernicola the alkaloid pattern, as well as the bacterial community in the tissue of the sponge, proved to be extraordinarily stable against changes in environmental conditions. By Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) of bacterial 16S rDNA extracted from the sponge mesohyl and surface tissues, the microbial consortia in the transplanted individuals were compared with each other and with consortia in individuals from the original colony. The application of this technique allowed for the first time to distinguish between a permanent and a variable fraction of a sponge-bacteria community. Phylogenetic analysis of bacterial DNA isolated from Aplysina cavernicola tissue revealed that bacteria permanently associated with this sponge, are members of a sponge-specific microbial community. This microbial community is shared among distantly related sponge species from different non-overlapping geographic regions.


Fachbereich / Einrichtung:Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:29.06.2004
Dateien geändert am:12.02.2007
Promotionsantrag am:15.06.2004
Datum der Promotion:15.06.2004
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