Struktur und räumliche Verteilung mikrobieller Gemeinschaften im Verdauungstrakt ausgewählter Boden-Invertebraten

Boden-Makroinvertebraten sind entscheidend an der Transformation organischer Substanz beteiligt, die für viele Schlüsselfunktionen des Bodens verantwortlich ist. An den Transformationsprozessen, die während der Darmpassage ingestierter organischer Substanz ablaufen, sind intestinale...

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Main Author: Egert, Markus
Contributors: Friedrich, Michael W. (Priv.-Doz. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2003
Biologie
Subjects:
gut
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Boden-Makroinvertebraten sind entscheidend an der Transformation organischer Substanz beteiligt, die für viele Schlüsselfunktionen des Bodens verantwortlich ist. An den Transformationsprozessen, die während der Darmpassage ingestierter organischer Substanz ablaufen, sind intestinale Mikroorganismen beteiligt, die auch für die Ernährung ihrer Wirte von entscheidender Bedeutung sind. Über die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften im Verdauungstrakt der meisten Boden-Invertebraten sowie ihre räumliche Verteilung innerhalb verschiedener Darmabschnitte ist allerdings nur wenig bekannt. Gerade die Topologie mikrobieller Gemeinschaften wird aber als eine wichtige Voraussetzung zum tieferen Verständnis ihrer Funktion in Verdauungstrakten von Invertebraten angesehen, die von ausgeprägten axialen und radialen Gradienten physiko-chemischer Parameter geprägt sind. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher Struktur und räumliche Verteilung mikrobieller Gemeinschaften im Verdauungstrakt der Larven zweier Scarabaeiden (Pachnoda ephippiata [Kongo-Rosenkäfer] und Melolontha melolontha [Feldmaikäfer]) und von Regenwürmern (Lumbricus terrestris) mit Methoden der molekularen mikrobiellen Ökologie untersucht. Während der Untersuchungen wurde zudem ein neuartiger PCR-Artefakt, die Bildung sog. pseudo-T-RFs, mit bedeutenden Auswirkungen für die T-RFLP-Analyse mikrobieller Gemeinschaften entdeckt, beschrieben und mögliche Ansätze zu seiner Vermeidung aufgezeigt. In einer T-RFLP-Studie mit Regenwürmern wurde gezeigt, dass sich die Darmmikrobiota dieser Tiere aus der Nahrung rekrutiert, d.h. ihnen im Gegensatz zu vielen anderen Boden-Invertebraten eine spezifische Darmflora fehlt. Es wurde deutlich, dass die mit dem gefressenen Boden aufgenommene mikrobielle Gemeinschaft während der Darmpassage signifikante Veränderungen ihrer relativen Zusammensetzung erfährt und dass die Unterschiede zwischen den mikrobiellen Gemeinschaften von Futter, Darm und Losung stark von der Diät der Regenwürmer beeinflusst werden. Die hier präsentierten Ergebnisse zur Intestinalmikrobiologie von Scarabaeidenlarven stellen die ersten ihrer Art für Käferlarven und mit die ersten für andere Boden-Arthropoden als Termiten dar. Es konnte gezeigt werden, dass sich die ausgeprägten Unterschiede physiko-chemischer Parameter (pH-Wert, Redoxpotential, Fettsäurespektren), die zwischen den Haupt-Darmabschnitten (Mittel- und Enddarm) der Larven herrschen, in einer deutlich unter-schiedlichen Besiedlung mit Mikroorganismen widerspiegeln. Im Gegensatz zu den untersuchten Regenwürmern ist die Darmmikrobiota der Scarabaeidenlarven als spezifische Darmflora anzusehen, da sie deutlich verschieden zur Mikrobiota der aufgenommenen Nahrung war. Bei beiden Larven war der Mitteldarmabschnitt weniger dicht besiedelt als der als Gärkammer angesehene Enddarm. Die Methanogenese war stets auf den Enddarm beschränkt; bei den Maikäferlarven wurden Methanobrevibacter-Arten, bei den Rosenkäferlarven zusätzlich Methanomicrococcus-Arten als verantwortliche Methanogene identifiziert. Im Vergleich zu den Bacteria war aber sowohl die Diversität als auch die relative Häufigkeit der Archaea sehr gering. Die phylogenetische Analyse der Bakteriengemeinschaften zeigte eine sehr große Diversität auf, die offensichtlich viele bislang unkultivierte Arten umfasst. Die überwiegende Mehrheit aller Sequenzen ließ sich den Actinobacteria, Bacillales, Bacteroidetes, Clostridiales, Lactobacillales und Proteobacteria zuordnen; viele Klone gruppierten mit Klonen und Isolaten aus anderen Intestinalsystemen, ein weiterer Beleg für die Darmspezifität der Scarabaeiden-Mikrobiota. Die Verwandtschaft vieler Klone zu hydrolytischen, cellulolytischen und gärenden Isolaten stand in Einklang mit den Fettsäureprofilen der Darmabschnitte (v.a. Acetat und Lactat) und deutet die Beteiligung von Mikroorganismen an der Transformation organischer Substanz nach dem Modell einer anaeroben Nahrungskette zumindest im Enddarm an. Ob dies auch für den Mitteldarmabschnitt gilt, ist noch unklar, da bei den Maikäferlarven keine stabile Darmmikrobiota in diesem Kompartiment nachgewiesen werden konnte. Am Enddarm der Maikäferlarven wurde erstmals für Arthropoden eine umfassende Analyse der mikrobiellen Gemeinschaften in den Unterfraktionen Wand und Lumen eines Darmabschnittes durchgeführt. Hierbei wurden ausgeprägte Unterschiede in der Besiedlung dieser beiden Fraktionen festgestellt, die als Anpassungen an morphologische (Chitinbäumchen an der Enddarmwand) und eventuell auch physiko-chemische Unterschiede (Gradient eindringenden Sauerstoffs) zwischen Darmwand und -lumen interpretiert werden können. Der auffälligste Unterschied war eine hohe Abundanz (10 - 15% aller Bakterien) Desulfovibrio-verwandter Bakterien an der Enddarmwand, die sowohl mit PCR-abhängigen als auch PCR-unabhängigen Methoden abgesichert werden konnte. In seiner Eindeutigkeit ist dieser Befund für Arthropoden bislang einmalig.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2004.0064