Dokument: A sea anemone and its microbiome – Identification of factors determining the microbiome establishment in the metaorganism Nematostella vectensis

Titel:	A sea anemone and its microbiome – Identification of factors determining the microbiome establishment in the metaorganism Nematostella vectensis
Weiterer Titel:	Eine Seeanemone und ihr Mikrobiom - Identifizierung von Faktoren, die die Etablierung des Mikrobioms im Metaorganismus Nematostella vectensis beeinflussen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=62054
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20230222-130813-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Domin, Hanna [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,75 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 22.02.2023 / geändert 22.02.2023
Beitragende:	Prof. Dr. Fraune, Sebastian [Gutachter] Jun.-Prof. Dr. Axmann, Ilka M. [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Das Leben auf der Erde ist nie einsam. Kein Individuum ist jemals allein, sondern tritt immer in Gemeinschaften innerhalb einer Art oder zwischen Arten auf, oder in beiden. Jeder multizelluläre Organismus besitzt eine Mikrobiota, die aus Prokaryoten, einzelligen Eukaryoten und Viren besteht. Die Zusammensetzung der Mikrobiota-Gemeinschaft hängt in hohem Maße von der Wirtsart und ihrer Umgebung ab. Diese Einheit aus einem Wirt und der Gesamtheit aller assoziierten Mikroben in einer bestimmten Umgebung wird als Metaorganismus bezeichnet. Der Metaorganismus fungiert als biologische Einheit, die ihrem Wirt helfen kann, sich an eine veränderte Umgebung anzupassen, einen mikrobiellen Eindringling zu bekämpfen oder für den Wirt selbst unverdauliche Moleküle zu verdauen. Mit dem Aufkommen des High Throughput Sequencing wurden die enorme Vielfalt und die Fähigkeiten von Mikroben, die in und auf makroskopischen Organismen leben, offengelegt. Der Aufbau mikrobieller Gemeinschaften und die Etablierung mikrobieller Gemeinschaften ist ein sehr junges und viel diskutiertes Gebiet. Nematostella vectensis ist ein aufstrebender Modellorganismus vor allem in interdisziplinären Forschungsbereichen und bietet die Möglichkeit, die Wechselwirkungen zwischen Wirt und Bakterien während der Entwicklung und in einer sich verändernden Umwelt zu erforschen. Das Mikrobiom von Nematostella ist entwicklungsspezifisch, jedes Entwicklungsstadium von der Planula-Larve über den juvenilen bis zum adulten Polypen weist ein unterschiedliches bakterielles Besiedlungsmuster auf. In dieser Arbeit wollte ich Faktoren identifizieren, die zum entwicklungsspezifischen Mikrobiom von Nematostella beitragen. Zu diesem Zweck führte ich Rekolonisierungsexperimente mit juvenilen und adulten Polypen durch, bei denen ich Polypen mit komplexen Mikrobiomen, die aus bestimmten Entwicklungsstadien extrahiert wurden, oder mit kommensalen Bakterienstämmen rekolonisierte. Die 16S rRNA-Sequenzierung ergab, dass die bakterielle Sukzession während der Rekolonisierung das Muster der bakteriellen Sukzession während der natürlichen Entwicklung rekapituliert. Die Berechnung der bakteriellen Co-occurrence Networks deutete auf dynamische Bakterien-Bakterien-Interaktionen während der Entwicklung hin. Whole Transcriptome Sequencing der Wirts-RNA und die Berechnung des metabolischen Potenzials des Mikrobioms ergaben Wirtsmechanismen als Regulator der frühen Rekolonisation und Bakterien-Bakterien-Interaktionen als treibende Kraft der späten Rekolonisation. Darüber hinaus wurde Chitin als vielversprechender Kandidat identifiziert, der den Aufbau der Gemeinschaft und die Sukzession beeinflusst, da Nematostella ihre Chitinproduktion bei der Wiederbesiedlung erhöhte, während das Mikrobiom in der Lage war, Chitin abzubauen und sich möglicherweise von den Metaboliten zu ernähren. Life on earth is never solitary. No individual is ever alone, but always appearing in intra- or interspecies communities, or both. Every multicellular organism possesses a microbiota, which consists of prokaryotes, unicellular eukaryotes and viruses. The community composition of the microbiota is highly dependent on the host species and its environment. This unit of a host and the entity of all associated microbes in a given environment is called a metaorganism. The metaorganism acts as a biological entity, which can help its host to adapt to a changing environment, fight a microbial intruder or digest molecules indigestible for the host itself. With the emergence of high throughput sequencing, the huge diversity and the capabilities of microbes living in and on macroscopic organisms were revealed. The microbial community assembly and microbial community establishment is a very young and a highly discussed field. Nematostella vectensis is an emerging model organism especially in interdisciplinary research fields and offers the possibility to research host-bacteria interactions during development and in a changing environment. The microbiome of Nematostella is development-specific, each developmental stage from planula larva over juvenile to adult polyp exhibits a distinct bacterial colonization pattern. In this thesis, I wanted to identify factors contributing to the development-specific microbiome of Nematostella. For this, I performed recolonization experiments with juvenile and adult polyps, in which I recolonized polyps with complex microbiomes extracted from specific developmental stages, or with commensal bacterial strains. 16S rRNA sequencing revealed that the bacterial succession during recolonization recapitulates the bacterial succession pattern occurring during natural development. The calculation of bacterial co-occurrence networks indicated dynamic bacteria-bacteria interactions during development. Whole transcriptome sequencing of host RNA and calculation of the metabolic potential of the microbiome revealed host mechanisms as regulator of early recolonization, and bacteria-bacteria interactions as a driver of late recolonization. Additionally, chitin was identified as a promising candidate influencing the community assembly and succession, as Nematostella increased its chitin production upon recolonization, while the microbiome was able to degrade chitin and possibly cross-feed on the metabolites.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	22.02.2023
Dateien geändert am:	22.02.2023
Promotionsantrag am:	02.11.2022
Datum der Promotion:	09.02.2023