Etablierung eines experimentellen Systems zur Untersuchung von Endosymbiosen im Ciliaten Tetrahymena pyriformis

Endosymbiosen sind ein häufiges Phänomen innerhalb nahezu aller Organismengruppen. Besonders in Ciliaten sind diese Assoziationen sehr vielfältig und abundant. Trotz zahlreicher Untersuchungen ist wenig über die mechanistischen Ursprünge bekannt, die zur Etablierung von Endosymbiosen führen. Zudem lassen bereits seit langem bestehende Beziehungen nur wenige Rückschlüsse auf deren Entstehung zu. Um diese Phänomena studieren zu können, bedarf es eines Labormodells, das die Interaktion von Tetrahymena pyriformis mit Escherichia coli darstellt. Den ersten Schritt stellt das Entkommen des potentiellen Symbionten aus den Nahrungsvakuolen des Wirts dar. Fluoreszenz- und Transmissionselektronenmikroskopie belegen die Persistenz des Bakteriums im Cytoplasma von T. pyriformis. Dabei wird E. coli mit einer zusätzlichen Membran ausgestattet. Der Ciliat profitiert dabei von der Internalisierung antibiotikumresistenter Bakterien, in dem er selbst gesteigerte Resistenz aufweist und die toxischen Bedingungen besser überlebt. Die intrazelluläre Lebensweise beeinträchtigt die Kultivierbarkeit von E. coli auf festen Nährmedien ähnlich wie bei nahezu allen beschriebenen Endosymbionten. Um klären zu können, wie E. coli aus den Nahrungsvakuolen entkommen kann, wurden mehrere experimentelle Linien verfolgt. Hierzu wurde der Einfluss verschiedener, definierter Oberflächeneigenschaften auf die Verdauung von T. pyriformis untersucht. Dazu wurden chemisch modifizierte Mikropartikel oder Bakterien an den Ciliaten verfüttert und fluoreszenz- und transmissionselektronenmikroskopisch untersucht. Vor allem gesteigerte Hydrophobie der Zelloberfläche erhöhte die Frequenz des Entkommens aus Nahrungsvakuolen erheblich. Auch basische Substanzen beeinträchtigten die Verdauung von T. pyriformis und fördern das Entkommen aus den Phagosomen, indem das Ansäuern dieser beeinträchtigt wird. Insgesamt spielen Zelloberflächen eine wichtige Rolle beim Initiieren von Endosymbiosen.