Die versteckte, innere Kraft: Die simple, spezialisierte Bienen Mikrobiota als System zur Entschlüsselung der Interaktionen zwischen Wirt - Mikrobiota und Gesundheit in Honigbienen

• Antragstellerin: Dr. Vienna Kowallik
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398253496

Alle multizellulären Organismen sind eng mit diversen mikrobiellen Gemeinschaften assoziiert, welche die Lebensgeschichte ihrer Wirte tiefgreifend beeinflussen: Eine Erkenntnis, die unser Verständnis der Tierbiologie revolutioniert hat. Die Fähigkeit, Mikrobiome mit all den dazugehörigen Interaktionen zu verstehen, würde uns näher an die Aufklärung der Ökologie und Evolution von Organismen bringen. Die darüber hinaus, von solch einem Verständnis hergeleitete Fähigkeit, Mikrobiome manipulieren zu können, kann auf verschiedenen Forschungsgebieten wie Medizin oder Landwirtschaft als natürlichere Verbesserungsmethode, angewendet werden. Doch die Komplexität der Mikrobiome mit Wechselwirkungen zwischen den Mikroorganismen und deren Konsequenzen für die Wirte, machen die meisten Wirt-Mikrobiota-Systeme schwer zu untersuchen. Das experimentell manipulierbare System der Honigbiene bietet die ideale Gelegenheit, um grundlegende Funktionen und Interaktionen von Symbionten auf die Wirt-Fitness zu erforschen, da die dazugehörigen mikrobiellen Gemeinschaften klein, spezialisiert und individuell kultivierbar sind. Ich möchte nachweisen, dass eine wichtige Mikrobiom-Funktion ist, die Honigbiene vor Umweltstressoren zu schützen, was auch die Wirts-Fitness erhöht bei der Kolonisierung neuer Umwelten. Mittels eines historisch einzigartigen Datensatzes aus 3.800 Honigbienen, die im letzten Jahrzehnt in den USA und Mexiko gesammelt wurden, werde ich zuerst ein detailliertes Bild der internen Mikrobiota durch Illumina-Sequenzierung von Honigbienen-assoziierten Bakterien und Pilzen generieren. Während dieser Zeit fand ein Hybridisierungsereignis zwischen eingeführten afrikanischen und wilden US-europäischen Bienenlinien statt, was zu einer der schnellsten, erfolgreichen biologischen Invasionen fuehrte. Verschiedene Bienen-Genotypen aus den gleichen Habitaten werden mir erlauben, den Einfluss der Wirtsgenetik auf die Mikrobiomkomposition zu untersuchen. Da afrikanische Hybride gegenüber Umweltbelastungen resistenter sind als europäische Bienen, werde ich mikrobielle Kompositionsunterschiede in diesen Abstammungen identifizieren, welche für diese Fitnessunterschiede verantwortlich sein könnten. Ich werde Mikrobiom gesteuerte Effekte durch experimentellen Transfer der Mikrobiota identifizieren und die Effekte auf den Wirt unter wichtigen Stressfaktoren wie Pathogenen, Pestiziden, sowie schlechter Ernährung durch landwirtschaftliche Monokultur messen. Weitere Experimente unter der Verwendung von einzelnen und gemischten Mikrobengemeinschaften werden die Funktionen einzelner Symbionten, sowie deren Interaktionen auf die Fitness des Bienenwirtes beleuchten. Diese Studie wird grundlegende Einblicke in die Funktion von Wirt-Mikrobiom-Interaktionen geben, welche Analogien im gesamten Baum des Lebens hat. Darüber hinaus könnten uns die erworbenen Erkenntnisse erlauben, die sich zunehmend verschlechternde Gesundheitssituation von Honigbienenpopulationen weltweit verbessern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Japan
• Gastgeber: Professor Alexander Mikheyev, Ph.D.