Die Entdeckung von Ansammlungen zweier Bakterienarten in den Tentakeln von Korallen gibt Aufschluss über deren Rolle für die Gesundheit von Korallenriffen

Korallenriffe sind komplexe Ökosysteme mit komplexen Beziehungen zwischen den Arten, in denen jeder Organismus – vom winzigen Bakterium bis zur Riesenmuschel – eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung der Gesundheit des Riffs spielt.

Unsere neue Studie enthüllt eine weitere Ebene der Komplexität von Korallenriffen.

Wir entdeckten das Vorhandensein von Clustern zweier Arten von Bakterien im Gewebe von Korallen, darunter seltsamerweise auch ein enger Verwandter der Chlamydien-verursachenden Bakterien.

Diese neuartigen Erkenntnisse, veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritteweisen darauf hin, dass diese Bakterien sowohl mit ihrem Korallenwirt als auch untereinander interagieren können. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um zu verstehen, ob diese Wechselwirkungen für die Korallen vorteilhaft oder schädlich sind.

Das Korallenmikrobiom

Genau wie Menschen verfügen Korallen über ein vielfältiges bakterielles Mikrobiom, das eng mit ihrer Gesundheit verknüpft ist. Daher ist das Verständnis der komplexen Beziehungen zwischen Korallen und Bakterien entscheidend für das Verständnis der Funktionsweise von Korallen.

Bakterien können Korallen bei verschiedenen biologischen Prozessen helfen, wie der Bewegung und Verarbeitung von Stickstoff oder Schwefel oder der Produktion antibakterieller Verbindungen, die Korallen vor Krankheitserregern schützen. Während die meisten dieser Bakterien in der Schleimschicht leben, die die Korallenoberfläche bedeckt, kommen einige Bakterien auch im Korallengewebe vor.

Über gewebeassoziierte Bakterien liegen nur sehr wenige Informationen vor, dennoch gehören sie wahrscheinlich zu den wichtigsten Mitgliedern des Korallenmikrobioms.

Um mehr herauszufinden, wurden Proben aus einem Langzeitexperiment an der Korallenart Pocillopora acuta des Great Barrier Reef entnommen, das am Australian Institute of Marine Science in Townsville durchgeführt wurde. Diese Proben wurden an unser Labor an der Universität Melbourne geschickt, um die schwer fassbaren gewebeassoziierten Bakterien zu untersuchen.

Eine leuchtende Nadel im Heuhaufen

Die erste Herausforderung bestand darin, die Bakterien zu sehen – sie sind sehr klein.

Hierzu verwendeten wir eine Technik namens „Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung“. Im Wesentlichen fügen wir der Koralle fluoreszierende Sonden hinzu, die sich gezielt an Bakterien binden. Bei Anregung durch einen Laserstrahl leuchten diese Sonden (und damit die Bakterien) auf.

Wir fanden heraus, dass Bakterien in den Tentakeln unserer Korallen große Ansammlungen bildeten. Warum in den Tentakeln? Wir wissen es nicht genau, aber wir glauben, dass dies mit der Ernährung oder der Verteidigung zusammenhängen könnte, da Tentakel sowohl beim Beutefang als auch bei der Abwehr von Raubtieren eine Rolle spielen.

Nachdem wir diese Bakterienhaufen gefunden hatten, wollten wir wissen, um welche Art von Bakterien es sich handelte. Um das bakterielle Mikrobiom einer Koralle zu identifizieren, werden typischerweise Korallenproben zerkleinert, die DNA aller Bakterien sequenziert und mit der DNA anderer bekannter Bakterien verglichen.

Da wir jedoch nur an den Bakterien in den Tentakelclustern interessiert waren, funktionierte diese Technik nicht, da sie nicht zwischen Bakterien im Gewebe, Schleim, Darm, Skelett usw. unterscheiden konnte.

Wir verwendeten stattdessen eine Technik namens „Laser-Capture-Mikrodissektion„, um sehr kleine Gewebeteile, wie die von den Bakterien gebildeten Cluster, präzise herauszuschneiden. Mit dieser Technik konnten wir ausschließlich gewebeassoziierte Bakterien beproben und ihre DNA sequenzieren, um sie zu identifizieren und ihre Funktionen zu verstehen.

Bekommen Korallen Chlamydien?

Wir fanden zwei Arten von Bakterien in den Aggregaten in den Tentakeln der Koralle.

Einer gehört zu den Chlamydiales, einer Bakterienordnung, die die Erreger enthält, die für Chlamydien-Infektionen bei Säugetieren verantwortlich sind. Dies ist eine überraschende Entdeckung, da noch nie über Chlamydien-Infektionen bei Korallen berichtet wurde.

Es ist bekannt, dass Chlamydien ihrem Wirt Energie in Form von Adenosintriphosphat (bekannt als ATP, die Hauptquelle der Energieübertragung in Zellen) stehlen. Dieser Energieparasitismus ist die Grundlage der Krankheit, die diese Bakterien bei Säugetieren wie Menschen und Koalas verursachen.

In Zusammenarbeit mit den Chlamydiales-Spezialisten der Universität Wien in Österreich, Dr. Astrid Collingro und Professor Matthias Horn, haben wir gezeigt, dass dieses Bakterium zum Überleben auf die von der Koralle bereitgestellten Nährstoffe und Energie angewiesen ist.

Darüber hinaus ist es auch möglich, dass diese Art Nährstoffe und Energie von anderen korallenassoziierten Bakterien bezieht – etwas, das wir noch nie zuvor gesehen haben.

Für diejenigen unter uns, die so viel wie möglich über die Korallenbiologie verstehen wollen, ist die Möglichkeit, dass die im Korallengewebe lebenden Bakterien miteinander interagieren, ziemlich spannend.

Während diese neuartigen Chlamydiales viele Ähnlichkeiten mit Krankheitserregern von Säugetieren aufweisen, wird später in diesem Jahr bei einem Besuch von Dr. Maire an der Universität Wien untersucht, ob sie schädlich oder vorteilhaft für Korallen sind.

Auf dem Weg zu mikrobiombasierten Erhaltungsansätzen

Die anderen im Korallengewebe vorhandenen Bakterien gehören zur Gattung Endozoicomonas. Es ist bekannt, dass diese Bakterien in Korallen weit verbreitet sind und allgemein als nützlich angesehen werden.

In unserer Studie haben wir herausgefunden, dass Endozoicomonas mehrere B-Vitamine und antimikrobielle Verbindungen produzieren kann, was sein Potenzial bestätigt, seinem Korallenwirt Vorteile zu bieten, da Korallen selbst nicht in der Lage sind, bestimmte B-Vitamine zu produzieren.

Korallen sind durch eine Reihe von Faktoren bedroht, darunter auch den Klimawandel. Schätzungen zufolge werden die meisten Korallenriffe bis 2035 ohne größere Eingriffe verschwinden. Um diese Riffe zu retten, sind neue Ansätze zum Schutz und zur Wiederherstellung der Korallen erforderlich.

Eine mögliche Lösung sind Probiotika. So wie wir mit Probiotika gefüllten Joghurt essen, um unsere Darmgesundheit zu verbessern, kann die Impfung von Korallen mit nützlichen Bakterien ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber erhöhten Temperaturen verbessern.

Doch bevor diese mikrobiombasierten Lösungen umgesetzt werden können, müssen wir genau verstehen, wie korallenassoziierte Bakterien funktionieren.

Studien wie unsere beginnen zu klären, wie Korallen und Bakterien miteinander interagieren und ob Korallen-Probiotika eine Option für den Erhalt dieser lebenswichtigen und schönen Ökosysteme sind.