The gut microbiota of the blattid cockroach Shelfordella lateralis

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Darm, seiner Physiology und der assoziierten Mikrobiota anhand der Schabe Shelfordella lateralis. Während die symbiotische Darmmikrobiota von Termiten in vielen Studien wegen ihrer Fähigkeit des Zelluloseabbaus untersucht wurde, existieren kaum molekulare Daten über die Darmmikrobiota anderer Mitglieder der Ordnung Dictyoptera, nämlich Schaben (Blattodea) und Gottesanbeterinnen (Mantodea). Das grundlegende Ziel dieser Arbeit war daher die Charakterisierung der Darmmikrobiota der Schabenart S. lateralis (Blattidae) anhand molekularer Techniken, einschließlich der hochauflösender Pyrosequenzierung. Kropf und Mitteldarm waren in allen Individuen hauptsächlich von Milchsäurebakterien und Bacteroidetes besiedelt. Diese Beobachtung stimmte mit der hohen Laktatkonzentration in diesen Darmabschnitten überein, welche in allen Tieren gemessen wurde. Im Gegensatz dazu unterschied sich die Bakterienzusammensetzung von Dick- und Enddarm stark zwischen Individuen. Der Dickdarms, als sogenannter „Hotspot“ der bakteriellen Diversität, war überwiegend von Bacteroidetes, Firmicutes und Deltaproteobakterien besiedelt. Viele dieser Bakterien gehören zu Gruppen welche typisch für anaerobe Habitate sind, zum Beispiel Vertreter der Klasse der Clostridia, was die anaeroben Zentren widerspiegelt welche für jeden Darmabschnitt gezeigt wurden. Spirochaetes und Fibrobacteres, welche als die Zellulose abbauenden Gruppen innerhalb der höheren Termiten vermuten werden, konnten durch die Sequenzierung nach Sanger nicht nachgewiesen werden, wurden aber in niedriger Anzahl durch die Pyrosequenzierung nachgeweisen, was die omnivore Ernährung dieser Schabenart wiederspiegelt. Trotz der unterschiedlichen Ernährungsweise fielen 30 % der Sequenzen in Kluster, die ausschließlich aus Termitendarmsequenzen bestanden, welches die gemeinsame evolutionäre Entwicklung von Schaben und Termiten aus einem gemeinsamen Vorfahren wiederspiegelt. Unterschiedliche Nahrung (Hühnerfutter als ausgewogene Ernährung, Soyaschrot als proteinreiche Nahrung, und Kleie und Kleie mit Zellulosezusatz als faserreiche Nahrung) wurde benutzt, um den Einfluß von Nahrung auf die Zusammensetzung der Darmmikrobiota zu untersuchen. Ein möglicher Einfluß der Nahrung wurde durch individuelle Variabilität überlagert. Ordinationsanalysen der Darmprofile klustern nach Nahrung, welchem aber ein stärkeres Klustern nach Herkunft aus einem bestimmten Haltungsumgebung zugrundelag. Das deutet auf die Wichtigkeit der aus der Umwelt verfügbaren Bakterien, aus denen die Darmmikrobiota rekrutiert wird und anscheinend einen wesentlicheren Einfluß auf ihre Endzusammensetzung hat als die Art der Nahrung. Die Pyrosequenzierung zeigte ebenfalls keine großen Unterschiede in der Darmmikrobiota, brachte aber neun zusätzlich Phyla zu Tage, welche in sämtlichen Nahrungsgruppen zahlenmäßig sehr gering waren und somit zu den spärlich vertretenen Phyla gezählt wurden. Übereinstimmend wurde durch beide molekulare Methoden gezeigt, dass die Schabendarmnikrobiota starken individuellen Schwankungen unterliegt, auf die unterschiedliche Nahrung keinen großen Einfluß zu haben scheint. Damit übereinstimmend wurden auch keine Unterschiede in der Konzentration kurzkettiger Fettsäuren gefunden. Methanogenese in Arthropoden ist auf wenige Arten beschränkt, namentlich Termiten, Blatthornkäfer (die sogenannten Pillendreher), Tausendfüßler und Schaben. In dieser Studie produzierten die meisten Individuen Methan, aber einige produzierten nur nach einer Zugabe von Wasserstoff detektierbare Mengen von Methan. Es wurden zwei Arten methanogener Archeen im Dickdarm gefunden, Methanomicrococcus blatticola und ein noch unkultivierter Vertreter der Methanobrevibacter. Dabei wurden keine Unterschiede in der Zusammensetzung dieser zwischen Methan produzierenden und nicht Methan produzierenden Schaben gefunden. Die im Dickdarm beobachteten Ciliaten gehörten zu der Spezies Nyctotherus ovalis. Die mit ihnen assoziierten Archeen wurden als uncultivierte Vertreter der Methanobrevibacter identifiziert. Dabei wurde für S. lateralis gezeigt, dass Nahrung keinen Einfluß auf die Menge des ausgestossenen Methans hatte, jedoch waren die gemessenen Wasserstoffkonzentrationen in den Kleie gefütterten Tieren am höchsten. Tiere die mit Hühnerfutter gefütter wurden zeigten den stärksten Anstieg in Methan Emission nach einer Inkubation mit Wasserstoff, wogegen Tiere die mit einer faserreichen Nahrung gefüttert wurden, keinen Anstieg der Methanemission zeigten oder sogar weniger Methan ausstießen. In allen Nahrungsgruppen wurden Tiere gefunden, die nicht zur Methanproduktion befähigt waren.