Epitheliale Abwehr in Hydra

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas C. G. Bosch
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 162531313

Die Fähigkeit von Vielzellern, Mikroben zu erkennen und auf diese zu reagieren, ist von großer Bedeutung und hat einen weit zurückliegenden stammesgeschichtlichen Ursprung. Der Süßwasserpolyp Hydra, der sich als Mitglied des Tierstammes der Cnidaria vor vielen Millionen Jahren von den Bilateria abgespalten hat, ist genetisch gesehen mit dem Menschen durchaus eng verwandt. Über die Hälfte aller humanen Proteine kommt bei Hydra in fast identischer Form vor. Und viele der 18.000 Gene können im lebenden Hydra-Polypen experimentell ausgeschaltet oder verändert werden. Unsere Arbeiten haben gezeigt, dass dieser einfache Vielzeller dazu beiträgt, wichtige Antworten auf Fragen zur evolutiven Entstehung der angeborenen Immunantwort zu liefern. Die Arbeiten haben dazu beigetragen, einen Paradigmen-Wechsel in der vergleichenden Immunologie herbeizuführen: Komponenten des angeborenen Immunsystems wie die wirtsspezifischen antimikrobiellen Peptide und ein umfangreiches Repertoire an Pattern Recognition Receptors scheinen eher an der Regulation der Besiedelung mit wirtsspezifischen symbiotischen Mikroben beteiligt zu sein als invasive Pathogene abwehren. Diese Erkenntnis basiert auf Studien, die zeigen, dass Individuen verschiedener Hydra Arten sich in ihren mikrobiellen Gemeinschaften unterscheiden; dass eine spezifische mikrobielle Gemeinschaft über einen langen Zeitraum stabil bleibt; und dass artspezifische antimikrobielle Peptide für die Etablierung der artspezifischen mikrobiellen Gemeinschaften verantwortlich sind. Derzeit noch ungeklärt sind Fragen wie: Wo im Hydra Polypen sind die symbiontischen Bakterien lokalisiert? Welchen Einfluss haben diese Bakterien auf die allgemeine Fitness des Wirts? Und welche Rolle spielt die ektodermale Mukosa und Glykokalyx? Ist sie Teil der epithelialen Abwehr von Hydra und/oder ist sie an der Aufrechterhaltung der mikrobiellen Gemeinschaft beteiligt? Eine vorläufige massenspektrometrische Analyse hat ergeben, dass stark glykosylierte Proteine der Mucin-Familie am Aufbau der Glycokalyx beteiligt sind. Um die postulierte doppelte Funktion der Glykokalyx zu untersuchen, die zum einen als physische Barriere zum anderen als Habitat für die bakterielle Gemeinschaft fungieren kann, schlage ich die Bearbeitung von drei spezifischen Aspekten vor. (I) Kann Hydras Glykokalyx als eine Art muköse Zwischenschicht / Interface betrachtet werden, die die Wechselwirkungen zwischen symbiontischen Bakterien und dem Wirtsepithel vermittelt? (II) Welche Rolle spielt die wirtsspezifische Glykosylierung der Proteine der Glykokalyx bei der postembryonalen Etablierung der wirtspezifischen mikrobiellen Gemeinschaft und für deren dauerhafte Stabilität? Und (III), können die wirtsspezifischen symbiontischen Bakterien Komponenten der Glykokalyx in artspezifischer Weise metabolisch nutzen?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen