Dokument: Drosophila als Modellsystem für die Untersuchung der Interaktion(en) zwischen dem metabolischen Status des Wirts, seines Immunsystems und seines Darm-Mikrobioms

Titel:	Drosophila als Modellsystem für die Untersuchung der Interaktion(en) zwischen dem metabolischen Status des Wirts, seines Immunsystems und seines Darm-Mikrobioms
Weiterer Titel:	Drosophila as a model system for the analysis of the interaction between the metabolic state of the host, its immune system and its gut microbiome
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=53378
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20200615-103538-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	M.Sc. Stewart, Fiona Anne [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 22,09 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 05.06.2020 / geändert 05.06.2020
Beitragende:	Jun.-Prof. Dr. Beller, Mathias [Betreuer/Doktorvater] Kollmann, Markus [Gutachter]
Stichwörter:	Drosophila, Darmmikrobiom, Mikrobiom, Metabolismus, Immunsystem
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Alle Metazoen leben in einer Symbiose mit einer großen Zahl an Mikroorganismen. Es wird immer deutlicher, dass dieses „Mikrobiom“ verschiedene Einflüsse auf den Wirt hat, wobei die zugrundeliegenden Mechanismen noch weitestgehend unbekannt sind. So korreliert eine Dysbiose des Darmmikrobioms mit Fettleibigkeit, Diabetes und Darminfektionen des Wirts, aber auch mit neurologischen Störungen wie Autismus, Parkinson und Depressionen. Da das menschliche Darmmikrobiom hoch divers und komplex ist, sind funktionale Untersuchungen zur Wirt-Mikrobiom-Interaktion im Menschen sehr schwierig. Daher werden Modellorganismen zur Analyse dieser Mechanismen benötigt. Die Einfachheit des Darmmikrobioms von Drosophila melanogaster ermöglicht Untersuchungen zur funktionellen Signifikanz des Mikrobioms auf viele physiologische Aspekte des Wirts. So konnte gezeigt werden, dass sterile (axenische) Fliegen metabolische Unterschiede und Wachstumsdefizite gegenüber Fliegen mit Mikrobiom aufweisen. Dennoch zeigen verschiedene Drosophila Stämme unterschiedlich starke Ausprägungen dieser Effekte. Welche Aspekte diese Ausprägungen im Zusammenspiel von Wirt und Mikrobiom bewirken, ist noch nicht klar. Die Unterschiede können vom Genotyp des Wirts, sowie einer unterschiedlichen Abhängigkeit von seinem Mikrobiom ausgehen, aber auch auf Variationen im Darmmikrobiom selbst zurückzuführen sein. Um dies zu beantworten, wurden in der vorliegenden Studie Mikrobiom-Stabilitätsexperimente, sowie Mikrobiom-Übertragungs- und -Reassoziationsexperimente durchgeführt. Basis der Experimente waren zwei extern unterscheidbare Fliegenstämme, die sich in ihrer Abhängigkeit vom Mikrobiom, ihrer Entwicklung unter Nährstoffmangel und ihrer lokomotorischen Aktivität unterschieden. Es erwies sich außerdem, dass sich diese Linien trotz gleicher Haltungsbedingungen in ihrer Mikrobiomkomposition und im Bakteriengehalt unterschieden. Die Übertragungsexperimente, in denen das Mikrobiom von einer Fliegenlinie auf eine andere transferiert wurde, zeigten, dass die Komposition während der larvalen Entwicklung fast vollständig unabhängig vom Wirt ist und erst im adulten Stadium Varianzen in der Komposition größer werden. In den Stabilitätsexperimenten führte ein regelmäßiges Umsetzen der Fliegen auf neues Futter zu einer drastischen Reduktion der koloniebildenden Einheiten (KBE), wobei die Verlustrate der Bakterien zwischen den Fliegenlinien variierte und die Linie mit dem geringeren Bakteriengehalt ihr Mikrobiom schneller verlor. Dennoch erholten sich die KBE beider Fliegenlinien trotz regelmäßigen Umsetzens und erreichten das Niveau der nicht-transferierten Kontrollfliegen. Diese Ergebnisse zeigen, dass es zwischen verschiedenen Fliegenlinien, trotz identischer Umweltbedingungen, prominente Unterschiede in der Interaktion mit ihrem Mikrobiom gibt. Die Daten untermauern die Hypothese, dass der Wirt in der larvalen Entwicklung nur wenig Einfluss auf die Mikrobiomkomposition hat, die Varianzen in der Komposition im adulten Stadium aber zunehmen. Sie geben außerdem Grund zur Annahme, dass die Bakterien in der Lage sind im Fliegendarm zu persistieren und dort je nach Genotyp eine differentielle Stabilität aufweisen. Die Untersuchungen an Modellsystemen wie Drosophila sind die Grundlage, um die Interaktionen von Wirt und Darmmikrobiom im Detail zu verstehen. All metazoan live in symbiosis with a huge number of microorganisms that often exceed the number of cells of the host. The human body, for example, consists of 3 x 1013 cells, but harbors another 4 x 1013 microorganisms with a large diversity and complexity. In recent years it has been acknowledged that this so called “microbiome” has various impacts on the host of which most mechanisms are so far not understood. A dysbiosis of, for example, the gut microbiome is correlated to obesity, diabetes and bowel inflammation. Further also neurological disorders like autism, Parkinson and depression are linked to an altered gut bacteria composition. Because of the high diversity and complexity of the human gut microbiome it is very difficult to investigate the microbiome-host interaction. Thus, model systems are needed to analyze these mechanisms. The simplicity of the fruit fly’s gut microbiome enables the testing of the functional significance of gut microbiome perturbations for many physiology traits. Flies lacking gut microbes, for example, were demonstrated to show metabolic differences or growth deficits as compared to their conventionally reared siblings. Yet, different fly lines show a varying impact caused by the presence or absence of gut bacteria. Such different impacts are also found in humans which is important for future use of personalized medicine. These differences often complicate the interpretation and generalization of findings. So far, it is still unclear whether the basis of these differences is found on the side of the host and/or the microbiota variations. To answer this question, microbiome transfer and reassociation experiments, as well as microbiome stability experiments were performed in the present study. This could be done with externally distinguishable fly lines marked by different bacterial loads and distinct microbiome compositions. Microbiome transfer experiments, where the microbiome was switched from one fly line to the other, showed that microbiome compositions are vastly independent of the given host during the larval development but start to vary during the adult stages. The microbial load differences were in agreement with varying rates of bacterial loss. Indeed, a frequent transfer of the flies to fresh food resulted in a dramatic reduction of the colony forming units (CFU) within nine to 13 days of adult life where the rate of losing the bacteria was different among the fly lines and the fly line with lower bacterial load showed the higher loss-rate. However, flies of both genotypes regained bacteria to normal CFU levels despite of the frequent transfer and initial loss. These results demonstrate that there are prominent differences in the bacterial composition and load of the gut microbiome of different fly lines despite of identical environmental conditions. The data supports the idea that the host has only a low capacity to alter the microbiome composition on a short-term but variations start to increase during the adult ageing. They also give reason to view the gut microbiome not as only transiently passing through the fly but that a certain amount of bacteria are able to persist in the fly gut which display an additional differential stability depending on the genotype of the fly. The analysis using Drosophila are base for a better understanding of the interaction between the host and its microbiome.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	15.06.2020
Dateien geändert am:	15.06.2020
Promotionsantrag am:	23.07.2014
Datum der Promotion:	28.05.2020