Die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii (grün) und der Pilz Aspergillus nidulans (fadenförmig).

Pilz bietet Schutz gegen bakteriellen Angreifer

Forschungsteam aus Jena entschlüsselt komplexes Wechselspiel zwischen Bakterium, Pilz und Pflanze
Die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii (grün) und der Pilz Aspergillus nidulans (fadenförmig).
Foto: Mario Krespach/Leibniz-HKI
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Meldung vom: 11. August 2020, 11:54 Uhr | Verfasser/in: Alena Gold

Bakterien der Gattung Streptomyces bilden zahlreiche Wirkstoffe, die ihr Überleben in der Natur sichern und dabei helfen, Nahrungskonkurrenten fernzuhalten. So sind die von manchen Streptomyceten gebildeten Azalomycine antimikrobiell aktiv und schädigen auch Zellen höherer Organismen, darunter die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii. Die Alge geht aktiv eine Partnerschaft mit dem Schimmelpilz Aspergillus nidulans ein und ist damit vor der Schadwirkung durch Azalomycin F geschützt. Ein Forschungsteam aus Jena hat sich das komplexe Wechselspiel zwischen Bakterium, Pilz und Pflanze genauer untersucht.

Flechtenartige Gemeinschaft schützt vor allem die Grünalge

Drei Teams um Axel Brakhage, Christian Hertweck und Maria Mittag vom Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut (Leibniz-HKI) und der Friedrich-Schiller-Universität Jena untersuchten das Zusammenleben von Pilzen, Algen und Bakterien. Sie fanden heraus, dass sich der Schimmelpilz Aspergillus nidulans und die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii zu einer flechtenartigen Gemeinschaft zusammenschließen und damit den Angriff des Bakteriums Streptomyces iranensis auf die Alge abwehren. „Von dieser Partnerschaft profitiert vor allem die Grünalge, denn sie ist anfällig für den bakteriellen Wirkstoff Azalomycin F, der zu ihrem Absterben führt“, sagt Brakhage, Direktor des Leibniz-HKI, der gleichzeitig einen Lehrstuhl an der Universität Jena innehat. Die Anwesenheit von C. reinhardtii löst bei S. iranensis die Abgabe des antibiotischen Azalomycin F aus. Dieses tötet die Grünalge, kann dem Pilz A. nidulans jedoch nichts anhaben. Vielmehr bindet A. nidulans Azalomycin F an bestimmte Lipide in seiner Zellmembran, wodurch sie für die Grünalge unschädlich werden. „Allerdings müssen die Grünalge und der Pilz bereits gemeinsam kultiviert worden sein, bevor man S. iranensis hinzufügt. Bringt man die drei Mikroorganismen gleichzeitig zusammen, wirkt der Schutzmechanismus noch nicht“, so Brakhage.

Die Grünalge schwimmt aktiv auf den Pilz zu

Anhand eines speziellen Verfahrens konnten die Mikrobiologen zudem beobachten, dass die Partnerschaft von C. reinhardtii und A. nidulans nicht rein zufällig zustande kommt: Die Grünalge schwimmt aktiv auf den Pilz zu. Zusätzlich zur Schutzwirkung vor dem Gift beschleunigt der flechtenartige Zusammenschluss das Wachstum der Grünalge und erhöht ihre Zelldichte, wie die Forscherinnen und Forscher ebenfalls entdeckten. „Wir verstehen jedoch noch nicht, warum Azalomycin F die Grünalge nur bei Licht und nicht bei Dunkelheit tötet. Dieses Beispiel zeigt zum einen, welche erstaunliche Dynamik in mikrobiellen Gemeinschaften herrscht, zum anderen aber auch, dass wir bei der Erforschung dieser Zusammenhänge noch am Anfang stehen“, sagt Brakhage.

Dem Studium solcher komplexer Interaktionen widmen sich auch die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Exzellenzcluster „Balance of the Microverse“ (Sprecher: Axel Brakhage) und dem Sonderforschungsbereich „ChemBioSys“ der Friedrich-Schiller-Universität Jena (Sprecher: Christian Hertweck). Das Ziel ist es, ein ganzheitliches Verständnis für die Interaktionen in mikrobiellen Gemeinschaften zu erlangen und dieses für die Entwicklung von Technologien, die positive Auswirkungen auf Mensch und Natur haben, zu nutzen.

Die Ergebnisse des Forschungsteams wurden soeben in der Fachzeitschrift The ISME Journal veröffentlicht.

Information

Original-Publikation:
Krespach MKC, García-Altares M, Flak M, Schoeler H, Scherlach K, Netzker T, Schmalzl A, Mattern DJ, Schroeckh V, Komor A, Mittag M, Hertweck C, Brakhage AA (2020) Lichen-like association of Chlamydomonas reinhardtii and Aspergillus nidulans protects algal cells from bacteria. ISME J 2020, doi: 10.1038/s41396-020-0731-2.

Kontakt:

Axel A. Brakhage, Univ.-Prof. Dr.
Lehrstuhlinhaber
Prof. Dr. Axel Brakhage, Sprecher "Balance of the Microverse"-Cluster
Telefon
+49 3641 532-1001
Fax
+49 3641 532-0802
Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie
Beutenbergstraße 11a
07745 Jena
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