Diversity and evolutionary patterns in the bacterial gut microbiota of termites and cockroaches

Diese Arbeit umfasst eine Reihe von Studien über die bakterielle Darmmikrobiota von Schaben und Termiten, die der Superordnung Dictyoptera zuzuordnen sind. Zunächst wurde eine Hochdurchsatz-Sequenziermethode für Insektendarmbakterien etabliert und am Beispiel der höheren, holzfressenden Termite Nasutitermes corniger getestet. Hierbei wurden die mikrobiellen Gemeinschaften der einzelnen Darmkompartimente dieser Termite anhand der bakteriellen 16S-rRNA-Gene untersucht. Anschließend wurde eine ausgedehnte Studie von Vertretern aller Familien und Subfamilien der Schaben und Termiten, sowie aller Ernährungstypen dieser Insekten durchgeführt, um evolutionäre sowie nahrungsabhängige Muster der Darmmikrobiota zu untersuchen. Die umfassende Studie zur Zusammensetzung der Mikrobiota verschiedener Darmkompartimente der Termite N. corniger wurde mit der Messung physikochemischer Parameter des Darms verknüpft. Die im am dichtest besiedelten P3 gefundenen Bakterien dominieren die mikrobielle Darmgemeinschaft. Die ausgeprägte Akkumulation an Wasserstoffpartialdruck (bis zu 12 kPa) im P3 ist vermutlich der Produktion durch Spirochaetes und Fibrobacteres zuzuschreiben, die dieses Kompartiment dominieren. Alle anderen Darmkompartimente von N. corniger—so auch das alkalische P1 (mittlerer pH 10,0)—weisen im Vergleich zum P3 klar unterschiedliche, wenngleich auch zahlenmäßig geringere mikrobielle Gemeinschaften auf. Die Gemeinsamkeiten der Mikrobiota zwischen den posterioren Darmkompartimenten und dem Kropf deuten darauf hin, dass proktodeale Trophallaxis oder Koprophagie als Verhaltensweise auch bei höheren Termiten vorkommt. Der Vergleich der Darmmikrobiota verschiedener Dictyoptera-Spezies zeigte, dass die mikrobiellen Gemeinschaften im Schabendarm diverser und weniger spezialisiert sind als in Termiten und sich bereits auf Phylumebene signifikant unterscheiden. Die Verteilung einzelner bakteriellen Linien dokumentieren eine (Ko-)Evolution der Darmmikrobiota mit deren Insekten-Wirtsspezies. Dies zeichnet sich in ausgeprägten Gruppierungen der Wirte bezüglich deren phylogenetischen Verwandtschaft und Nahrungsmustern aus. Viele der für die Gruppierung verantwortlichen bakteriellen Linien (z.B. Fibrobacteres, Treponema und Bacteroidetes Cluster V) scheinen in unterschiedlicher Anzahl in allen Dictyoptera vorhanden zu sein. Der Darm könnte als Reservoir für verschiedenste Bakterien dienen, die sich als Besiedler von Nischen ausgewählter Wirte (phylogenetisch oder nahrungsabhängig) anreichern und entfalten können. Statistische Analysen bestätigten die phylogenetische Position der Darmmikrobiota von Cryptocercus zwischen der von Termiten und Schaben.