Microenvironment and bacterial community structure in the gut of wood- and litter-feeding cockroaches

Während die Darmmikrobiota von Termiten und ihre Schlüsselrolle beim Abbau von Lignozellulose seit Jahrzehnten intensiv erforscht wurden, ist über die den Darm von detritivoren Schaben kolonisierenden Bakterien vergleichsweise wenig bekannt. Zur verbesserten phylogenetischen Klassifizierung von Next-Generation-Sequencing(NGS)- Datensätzen erstellten wir zunächst eine kurierte Referenzdatenbank des 16S-rRNA-Gens, basierend auf der SILVA-Datenbank sowie 1048 zusätzlichen vollständigen 16S-rRNA- Gensequenzen aus dem Darmtrakt von 24 Insekten der Superordnung Dictyoptera (Kapitel 2). Die Klassifizierung von NGS-Bibliotheken wurde mithilfe der erweiterten Datenbank gegenüber den Standarddatenbanken SILVA und RDP stark verbessert. Im Anschluss untersuchten wir die bakteriellen Gemeinschaften in den Darmkompartimenten Kropf, Mitteldarm und Kolon von zwei holzfressenden (Kapitel 3) und drei Detritus fressenden (Kapitel 4) Schabenarten mittels Illuminasequenzierung und verglichen sie mit denen in Termiten und omnivoren Schaben. Dies diente der Beantwortung folgender Fragen: Bestimmt die Ernährungsweise von Schaben die Zusammensetzung ihrer Darmmikrobiota? Welche Rolle spielen Umweltparameter in den Mikrohabitaten des Darms? Die Darmmikrobiotas der untersuchten Schaben teilten einige seltene bakterielle Taxa niedriger Abundanz mit denen der Termiten, unterschieden sich insgeamt aber deutlich von letzteren in ihrer Zusammensetzung. Anders als bei Termiten hatten die unterschiedlichen Ernährungsweisen der Schaben keine nennenswerte Auswirkung auf die Zusammensetzung ihrer Darmmikrobiota. Um andere potentiell entscheidende Faktoren für die Zusammensetzung der Darmmikrobiota von Schaben zu identifizieren, bestimmten wir die physikochemischen Parameter pH, Redoxpotential und Sauer- und Wasserstoffpartialdruck im Darm der fünf Spezies. Überraschenderweise akkumulierte Wasserstoff in zwei der Spezies nicht im hinteren Mitteldarm wie in omnivoren Schaben, sondern im Kropf. Der intestinale pH erwies sich insgesamt als der stärkste bestimmende Faktor der mikrobiellen Gemeinschaft im Kolon. Für ein besseres Verständnis der Verdauung von Lignozellulose durch Schaben führte ich Fütterungsexperimente mit zwei Spezies auf trockener Eichenblattstreu durch (Kapitel 5). Hierbei überprüfte ich zunächst die einzelnen Lignozellulosefraktionen auf Zersetzung und bestimmte die Metabolisierungsraten der aufgeschlossenen Kohlenhydratmonomere mittels Massebilanzen zwischen aufgenommener Blattstreu und ausgeschiedener Fäzes. Die Zellulosefraktion der aufgenommenen Nahrung wurde nicht maßgeblich abgebaut. Stattdessen war ein deutlicher Umsatz von vermutlich aus in der Blattstreu enthaltenen Xylans freigesetzter Xylose messbar. Meine Ergebnisse lassen darauf schließen, dass Blattstreu fressende Schaben statt Zellulose eher leichter verfügbare Bestandteile, unter anderem Hemizellulosen (z. B. Xylan), verdauen.