Intrazelluläre Entwicklung und Auswirkung eines marinen eukaryotischen Parasiten auf seinen Wirt

Es ist eine Geschichte so alt wie die Zeit. Ein Parasit ernährt sich von einer anderen Art, nimmt sich, was er braucht, und hinterlässt schließlich die Leiche eines Wirtsorganismus.

Man könnte meinen, in der Welt der Mikroalgen kommt das gar nicht vor oder Parasiten fressen dort einen ganzen Einzeller, weil es nicht wie eine große Mahlzeit aussieht. Aber leider ist das nicht unbedingt der Fall. Und in dieser Forschungsgeschichte erfahren wir, wie ein Plankton die Energie, den Stoffwechsel und vielleicht sogar das genetische Material eines anderen Planktons entführt – und das alles, während die Opfer noch am Leben sind.

EMBL-Wissenschaftler in der Schwab-Gruppe untersuchten dieses Thema im Rahmen eines Forschungsprojekts unter der Leitung von Johan Decelles Gruppe und Laure Guillou am CNRS in Grenoble bzw. der Meeresstation Roscoff. Da in den letzten zehn Jahren immer mehr Forscher daran gearbeitet haben, Meeresparasiten zu charakterisieren und zu verstehen, konzentrierten sich diese Wissenschaftler darauf, die planktonischen Beziehungen besser zu verstehen – insbesondere einen Stamm der parasitären Amoebophyra und ihren Mikroalgenwirt Scrippsiella acuminata.

Im Juli veröffentlichten die Wissenschaftler Ergebnisse aus ihrer jüngsten Forschung mit 3D-Elektronenmikroskopie in Kombination mit Transkriptomik. Letztere können die Gene und Wege eines Parasiten identifizieren und wie sie auf Reize reagieren, auch wenn sie gerade dabei sind, den Kern eines Phytoplanktons zu übernehmen, um energieproduzierende Prozesse zu kapern.

Ja, das passiert mit S. acuminata, einer einzelligen Mikroalge, die als Dinoflagellaten bekannt ist, wenn sie vom Parasiten Amoebophyra befallen wird. S. acuminata ist in dieser Geschichte auch nicht unbedingt ein unschuldiger Zuschauer. Viele Dinoflagellaten – in diesem Fall sowohl der Parasit als auch der Wirt – werden mit „roten Fluten“ in Verbindung gebracht, schädlichen Algenblüten, die weitreichende Folgen für die Umwelt und die menschliche Gesundheit haben.

Amoebophyra ist ein Parasit, aber auch eine andere Art von Dinoflagellaten. Ähnlich wie ein Virus dringt einer oder mehrere in die Zellen von S. acuminata ein, während der ahnungslose Wirt weiter in seiner Wasserwelt herumschwimmt, als ob sich nichts geändert hätte, selbst wenn Amoebophyra seinen Zellkern verschlingt. Bemerkenswerterweise schwimmt und photosynthetisiert S. acuminata weiter, während der Parasit aktiv energieproduzierende Zellen im Kern des Wirts überholt.

Als nächstes beginnt der Parasit, sich innerhalb dieses einzelligen Wirts zu replizieren, wodurch weitere Parasiten entstehen, die schließlich aufbrechen, um ihre eigenen Wirte zu finden und diesen Prozess von neuem beginnen, indem sie sich auf ihre eigenen parasitären Eroberungen begeben. Der S. acuminata-Wirt stirbt jedoch schließlich – ein etwas anderes Ergebnis als etwas in Zombieland. Untotes Plankton scheint es offenbar noch nicht zu geben.

Und während dies eine gute Halloween-Geschichte ergibt, dient die Wissenschaft einem größeren Zweck.

„Diese Forschung ist wirklich nur der Anfang, um Licht in das weitere Ökosystem zu bringen“, sagte Decelle. „Mit dieser Art von 3D-Mikroskopie konnten wir Schritt für Schritt einen Prozess im Inneren des Kerns mit nanoskaliger Auflösung beobachten. Jetzt geht es darum, die Mechanismen zu entschlüsseln und zu sehen, wo diese kleinen Aktivitäten Auswirkungen auf einen viel größeren Maßstab haben – die Umgebung, in der sie leben.“

Die Studie wurde veröffentlicht in Das ISME-Journal.