Genetic and immunologic basis of pathogenic and mutualistic interactions between bacteria and their ant hosts
Final Report Abstract
Wesentliche Ergebnisse der Arbeiten: - Die Reannotation des Genoms von C. floridanus basierend auf den veröffentlichten Sequenzdaten unter Berücksichtigung unserer Transkriptomdaten ergab eine deutliche Verbesserung der funktionellen Annotation des Genoms dieser Tiere. - Das Immunsystem der Tiere ist ähnlich komplex wie das gut untersuchte System von z.B. Drosophila, allerdings zeigt sich eine Reduktion in Faktoren, die Bakterien erkennen können und auch in der Zahl von bekannten AMPs im Vergleich zu nicht sozial lebenden Insekten. Ob diese Reduktion in Zusammenhang mit der sozialen Lebensweise der Tiere steht („soziale Immunität“), bleibt unklar. - Die Immunantwort von Larven unterscheidet sich stark von der Immunantwort adulter Tiere, was mit der unterschiedlichen Lebensweise dieser Entwicklungsstadien und ihrer Bedeutung für die Kolonie zusammen hängen könnte. - Nach Infektion differentiell regulierte Gene, die spezifisch für Camponotus sind, allerdings für Proteine unbekannter Funktion kodieren, könnten eine Rolle bei der Symbiose spielen und stellen damit interessante Faktoren für künftige Untersuchungen dar. - Das Immunproteom der Hämolymphe der Tiere zeigte weitere Faktoren auf, die eine Rolle bei der Immunantwort der Tiere spielen könnten, die auf der Ebene der Transkription nach Infektion nicht differentiell reguliert wurden. Darunter ist mit dem Peptid CampWaprin ein bislang für Ameisen nicht beschriebenes antimikrobielles Peptid. - Toleranz bzw. Kontrolle der endosymbiontischen Bakterien in Camponotus erfolgt mit hoher Wahrscheinlichkeit über eine lokale (Mitteldarm, Ovarien) und zeitlich (Mitteldarm) regulierte Dämpfung der Immunantwort. Damit ergab sich eine neue Variante, wie die Tiere mit ihren essentiellen Bewohnern umgehen. Für andere endosymbiontische Systeme von Insekten zeigte sich z.B. eine starke Vereinfachung des Immunsystems (Blattläuse), die mit der Endosymbiontentoleranz in Verbindung gebracht wurde, oder eine spezifische Komponente des Immunsystems, das AMP Coleoptericin A, das in Rüsselkäfern die Endosymbionten spezifisch kontrolliert, oder die Verringerung von MAMPs wie z.B. bei Spiroplasmen, wodurch das Immunsystem diese Bakterien schlechter erkennen kann. - Bei der transovariellen Weitergabe der Bakterien kommt es in den Ovarien zu einer frühen Infektion von Follikelzellen, von denen die Bakterien vermutlich durch Exo- und Endozytose in die Eizellen übertragen werden. Diese Arbeiten vervollständigen damit den Lebenszyklus der endosymbiontischen Bakterien und ergänzen die zuletzt hierzu erschienenen Arbeiten aus der ersten Hälfte des letzten Jahrhunderts. Auch bei der transovariellen Weitergabe gibt es eine Reihe von Endosymbionten-spezifischen Anpassungen bzw. Strategien in verschiedenen Insekten, wie oben beschrieben worden ist, die hier um einen neues System erweitert werden konnten.
Publications
- (2013) Gene expression analysis of the endosymbiontbearing midgut tissue during ontogeny of the carpenter ant Camponotus floridanus. J. Insect Physiol. 59:611-623
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Ratzka C, Gross R, Feldhaar H
(See online at https://doi.org/10.1007/s00040-013-0314-6) - (2014) Versatile roles of the chaperonin GroEL in microorganism-insect interactions. FEMS Microbiol. Lett. 353:1-10
Kupper M, Gupta SK, Feldhaar H, Gross R
(See online at https://doi.org/10.1111/1574-6968.12390) - (2015) Scrutinizing the immune defence inventory of Camponotus floridanus applying total transcriptome sequencing. BMC Genomics 16:540
Gupta SK, Kupper M, Ratzka C, Feldhaar H, Vilcinskas A, Gross R, Dandekar T, Förster F
(See online at https://doi.org/10.1186/s12864-015-1748-1) - (2016) Distribution of the obligate endosymbiont Blochmannia floridanus and expression analysis of putative immune genes in ovaries of the carpenter ant Camponotus floridanus. Arthropod Struct. Dev. 45:475-487
Kupper M, Stigloher C, Feldhaar H, Gross R
(See online at https://doi.org/10.1016/j.asd.2016.09.004)
