In einem Papier veröffentlicht in Wissenschaftliche FortschritteDas Pilhofer Lab (IMBB) beschreibt zusammen mit dem Albers Lab der Universität Freiburg die Struktur und Funktion kontraktiler Injektionssysteme von Haloarchaea und zeigt, wie es die lokale mikrobielle Gemeinschaft, in der sie gedeihen, strukturieren kann.
In allen Lebensbereichen werden mikrobielle Gemeinschaften durch komplexe Interaktionen zwischen Mikroorganismen geprägt. Allerdings sind die Mechanismen hinter diesen Wechselwirkungen zwischen Archaeen noch immer kaum verstanden. Die Studie von Tobias Zachs und Kollegen konzentriert sich auf die Rolle kontraktiler Injektionssysteme (CISs) im Verhalten von Haloarchaea, einer Gruppe von Mikroorganismen, die in stark salzhaltigen Umgebungen gedeihen.
Die Forscher untersuchten insbesondere, wie diese Archaeen antagonistische Wechselwirkungen eingehen, bei denen ein Mikroorganismus einen anderen tötet oder dessen Wachstum hemmt, wobei der Schwerpunkt auf Halogemetricum borinquense und Haloferax volcanii lag.
Die Studie zeigt, dass H. borinquense H. volcanii angreift, was zur Zelllyse und Wachstumshemmung bei H. volcanii führt. Entscheidend ist, dass dieses antagonistische Verhalten kontaktabhängig ist, was bedeutet, dass die beiden Organismen physisch interagieren müssen, damit die Wirkung eintritt. Der Prozess erfordert auch den Ausdruck eines kontraktilen Injektionssystems – einer molekularen Maschine, die man sich als federbelasteten Dolch vorstellen kann.
H. volcanii-„Zelllyse“-Ereignis bei Kontakt mit H. borinquense. Sechs Beispiele für Zeitrafferaufnahmen von „Lyse“-Ereignissen von H. volcanii bei direktem Kontakt mit H. borinquense. Das rote Fluoreszenzsignal wird verwendet, um mScarlet-exprimierenden H. volcanii von H. borinquense zu unterscheiden. Maßstabsleiste: 5 µm. Kredit: Wissenschaftliche Fortschritte (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adp7088
Mithilfe der Kryo-Elektronentomographie visualisierten die Forscher das an der Hülle der Archaeen angebrachte Punktionsgerät und deckten strukturelle und evolutionäre Ähnlichkeiten mit den in Bakterien vorkommenden Sekretionssystemen vom Typ Sechs (T6SS) auf.
Darüber hinaus ermöglichten Genomanalysen in Kombination mit Proteomik den Wissenschaftlern die Identifizierung von Toxin-Immunitätspaaren – Proteine, die es dem Angreifer ermöglichen, Konkurrenten zu töten und gleichzeitig Selbstschäden zu vermeiden. Schließlich entdeckte die Studie, dass ähnliche T6SS-kodierende Gencluster in anderen haloarchaealen Arten vorhanden sind, die ebenfalls antagonistisches Verhalten zeigen. Dies legt nahe, dass das CIS einen konservierten Mechanismus bei verschiedenen Arten von Haloarchaeen darstellt.
Die Entdeckung eines archaischen T6SS bietet neue Erkenntnisse darüber, wie Archaeen Mikrobiome formen und die komplexe Dynamik des mikrobiellen Lebens beeinflussen könnten, insbesondere in hypersalinen ökologischen Nischen wie verdunstenden Salzseen und Sonnensalinen.
Weitere Informationen:
Tobias Zachs et al., Das archaische Typ-Sechs-Sekretionssystem vermittelt kontaktabhängigen Antagonismus. Wissenschaftliche Fortschritte (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adp7088