Dokument: HOST - MICROBIOTA INTERACTIONS IN AN ESTUARINE METAZOAN UNDER CHANGING CONDITIONS

Titel:	HOST - MICROBIOTA INTERACTIONS IN AN ESTUARINE METAZOAN UNDER CHANGING CONDITIONS
Weiterer Titel:	WIRT-MIKROBIOT-WECHSELWIRKUNGEN IN EINEM ÄSTUARIN-METAZOEN UNTER ÄNDERNDEN BEDINGUNGEN
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=64446
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20240110-105328-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Baldassarre, Laura [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 4,83 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 18.12.2023 / geändert 18.12.2023
Beitragende:	Prof. Dr. Fraune, Sebastian [Gutachter] Prof. Dr. Ute Hentschel Humeida [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Das erste Leben auf der Erde entstand vor etwa 4,1 Milliarden Jahren und war wahrscheinlich prokaryotischer Natur. Daher entwickelten sich mehrzellige eukaryontische Organismen in einer von Bakterien und Archaeen dominierten Welt, und diese drei Lebensbereiche entwickelten sich in enger Verbindung gemeinsam und bildeten komplexe Wechselwirkungen. Alle vielzelligen Organismen werden von Mikroben besiedelt und leben in einer wechselseitigen Beziehung mit ihnen. Diese Beweise, kombiniert mit ständig wachsenden wissenschaftlichen Erkenntnissen über die „mikrobielle Welt“, führten dazu, dass die Vorstellung von Mikroben als bloße Krankheitserreger geändert wurde, hin zu einer viel umfassenderen Sichtweise, dass sie auch Vorteile bieten, z. B. für die Entwicklung und Homöostase ihrer vielzelligen Wirte , Biotechnologien, Bioremediation, Pharmazie und Medizin usw. Mehrzellige Modellorganismen und die damit verbundenen Mikroorganismen werden als Gegenstand von Studien eingesetzt, die darauf abzielen, die Mechanismen solcher Assoziationen zu entschlüsseln und ihr Potenzial zur Förderung einer schnellen Artenentwicklung und Anpassung an Umweltveränderungen zu untersuchen. In dieser Dissertation wurde der neu entstehende marine Modellorganismus Nematostella vectensis, ein Anthozoen-Nesseltier, und die damit verbundene Mikrobiota-Zusammensetzung untersucht. N. vectensis ist ein weit verbreitetes, euryhalisches und eurythermes Tier, das unter sehr unterschiedlichen Bedingungen überleben kann und eine vielfältige und dynamische mikrobielle Gemeinschaft beherbergt. Diese Plastizität sowohl seitens des Wirts als auch der assoziierten Mikrobiota gab uns den Hinweis, dass diese Symbiose ein hochspezifisches und wesentliches Werkzeug für die Aufrechterhaltung des gesamten Metaorganismus unter verschiedenen Bedingungen darstellt. In Langzeitexperimenten untersuchten wir zunächst die damit verbundene Mikrobiota-Zusammensetzung verschiedener natürlicher N. vectensis-Populationen sowohl unter Feld- als auch Laborbedingungen und von genetisch unterschiedlichen Tieren unter unterschiedlichen thermischen Bedingungen. Im Kontext akklimatisierten wir genetisch identische N. vectensis-Polypen bei drei verschiedenen thermischen Regimen, um Unterschiede auszuschließen, die vom Genotyp des Wirts herrühren. Wir haben gezeigt, dass N. vectensis in der Lage ist, seine assoziierten Mikrobiota entsprechend seinem Genotyp und seiner geografischen Herkunft, den Feld- und Laborbedingungen und der Kulturtemperatur zu diversifizieren, und dass Tiere, die an höhere Temperaturen gewöhnt sind, Resistenz gegen Hitzestress entwickeln. Darüber hinaus könnten diese Unterschiede im thermischen Widerstand allein durch die Mikrobiota-Transplantation auf nicht akklimatisierte Tiere und zusammen mit der vertikalen Übertragung der Mikrobiota auf die nächste Generation übertragen werden. Auf der Grundlage dieser letzten Erkenntnisse untersuchten wir die Spezifität dieser Wirt-Mikrobiota-Assoziation zwischen den Entwicklungsstadien der verschiedenen Wirte und zwischen den beiden Geschlechtslinien. Diese letzte Studie bestätigte die Konsistenz der Mikrobiota-Assoziation zwischen Tiergenerationen, die unterschiedliche Übertragung von Symbionten von mütterlichen und väterlichen Polypen über die Gameten auf die Nachkommen und eine aktive und spezifische Gestaltung der Mikrobiota-Zusammensetzung durch den Wirt während der Entwicklung und aus der Umgebung . Zusammengenommen bieten diese Ergebnisse einen Überblick und legen im Wesentlichen die Intimität, Spezifität und Konsistenz der Assoziation zwischen N. vectensis und seinen mikrobiellen Symbionten dar. Sie weisen darauf hin, dass die vom Wirt gesteuerte Plastizität der Mikrobiota zur thermischen Akklimatisierung des Metaorganismus beiträgt und dass ihre Übertragung auf die nächste Generation und ihre Übertragung auf nicht akklimatisierte Individuen einen schnellen Anpassungsmechanismus darstellen könnte. First life on earth arose about 4.1 billion years ago and likely was of prokaryotic nature. Therefore, multicellular eukaryotic organisms evolved in a World dominated by Bacteria and Archaea and these three domains of life co-evolved in close association, forming complex interactions. All multicellular organisms are colonized by microbes and live in a mutualistic relationship with them. These evidence, combined with constantly growing scientific knowledge over the “microbial World”, brought to the switch of the conception of microbes as just pathogens, towards a much wider view of them as also provider of benefits e.g., development and homeostasis of their multicellular hosts, biotechnologies, bioremediation, pharmacy and medicine, etc. Multicellular model organisms and their associated microorganisms are being employed as subject of studies aimed at disentangling the mechanisms of such associations and investigating their potential to foster rapid species evolution and adaptation to environmental changes. In this thesis work, was investigated the emerging marine model organism Nematostella vectensis, an anthozoan cnidarian and its associated microbiota composition. N. vectensis is a widespread, euryhaline and eurytherm animal, capable of surviving under highly variable conditions and harbours a diverse and dynamic microbial community. These plasticity from both the host and the associated microbiota sides, gave us the hint that this symbiosis constitutes a highly specific and essential tool for the whole metaorganism maintenance under different conditions. In long-term experiments we first investigated the associated microbiota composition from different natural N. vectensis populations under both field and lab conditions and from genetically distinct animals under different thermal regimes. Contextually, we acclimated genetically identical N. vectensis polyps at three different thermal regimes, to exclude differences derived from the host genotype. We demonstrated that N. vectensis is able to diversify its associated microbiota according with its genotype and provenance geographic location, field vs laboratory conditions, and culture temperature, and that animals acclimated to higher temperatures acquire resistance to heat stress. Moreover, these differences in thermal resistance could be transferred to non-acclimated animals through microbiota transplantation alone, and to the next generation together with the microbiota vertical transmission. On the base of this last evidence, we investigated the specificity of this host-microbiota association among the different host’ s developmental stages and between the two sexual lines. This last study confirmed the consistency of the microbiota association between animal’s generations, the differential transmission of symbionts from maternal and paternal polyps trough the gametes to the offspring and an active and specific shaping of the microbiota composition by the host during development and from the surrounding environment. Together these results provide an overview and substantially set out the intimacy, specificity and consistency of the association between N. vectensis and its microbial symbionts. They indicate that host-driven microbiota plasticity contributes to the metaorganism thermal acclimation and that its transmission to the next generation and its transfer to unacclimated individuals may represent a rapid mechanism for adaptation.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	10.01.2024
Dateien geändert am:	10.01.2024
Promotionsantrag am:	12.06.2023
Datum der Promotion:	06.11.2023