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schichten von symbiosis - visualisierung der termite enddarm mikrobiellen gemeinschaft

Layers of Symbiosis - Visualizing the Termite Hindgut Microbial Community

Jared Leadbetter führt uns für einen Spaziergang durch die Natur durch die Vielfalt des Lebens mit Wohnsitz in der Termite Enddarm - ein Mikroumgebung mit 250 verschiedenen Arten, die nirgendwo sonst auf der Erde. Jared zeigt, dass die Symbiose von diesem System zeigten vielschichtige und beinhaltet nicht nur eine Beziehung zwischen den Termiten und ihre Bewohner gut, birgt aber auch ein komplexes Netz von Symbiose zwischen dem Darm Mikroben sich.

Schichten von Symbiosis - Visualisierung der Termite Enddarm mikrobiellen Gemeinschaft

Jared Leadbetter führt uns auf einen Naturspaziergang durch die Diversität des Lebens im Termitenhindarm – einer Mikroumgebung, die 250 verschiedene ...

Ich sage manchmal zu Leuten, dass dies für mich ein wenig wie eine Ökotour durch ein Miniatur-Wunderland à la Alice im Wunderland ist, denn wenn ich darauf blicke, empfinde ich es bereits als wunderbaren Spaziergang durch die Natur, noch bevor man irgendeine andere Art von Forschung am System betreibt. Es gibt jedoch verschiedene Möglichkeiten, diese Mikroben mittels Lichtmikroskopie zu betrachten. Mit diesem Mikroskop können wir Dunkelfeldmikroskopie durchführen, bei der die Zellen weiß erscheinen oder mit weißer Kontur auf dunklem Hintergrund dargestellt werden.Wir können Phasenkontrastmikroskopie durchführen, bei der Zellen oder Zellränder auf grauem Hintergrund dunkel erscheinen. Wir können auch normale Lichtmikroskopie durchführen, bei der man kaum etwas sieht, es sei denn, die Probe ist eingefärbt. Doch dann erhält man die eigentliche, echte Farbe der Probe.Wenn Ihre Probe also grün oder rot ist, können Sie dies möglicherweise direkt in den Zellen sehen. Wir haben außerdem die Möglichkeit, eine sogenannte DIC-Mikroskopie durchzuführen. Das heißt Differenzinterferenzkontrast, der im Gegensatz zum Kontrast in Schwarz-Weiß oder dunkel-grau-artigen Tönen einen kantenbetonten Kontrast ähnlich einer Mondlandschaft erzeugt – so, wie wenn man den Mond mit einem Fernglas betrachtet: alles grau, aber beim Scharfstellen werden die Kanten sehr deutlich sichtbar.Ich habe dies jetzt so eingestellt, dass die Probe mit diesem DIC betrachtet wird. Dadurch erhalten Sie deutlich klarere Darstellungen der Oberflächentexturen von Zellen sowie der inneren Strukturen der Zellen, sofern diese groß sind und solche Strukturen aufweisen. Unter einer anderen Mikroskopieart erscheint die gesamte Zelle dagegen möglicherweise grau auf hellem Hintergrund oder weiß auf schwarzem Hintergrund. Hier hingegen beginnen Sie, Texturen auf der eigentlichen Zelle oder innerhalb der Zelle selbst zu erkennen.Und bei vielen der Protozoen, die wir haben, den größeren Eukaryoten, die uns zur Verfügung stehen, können Sie nicht nur innere Zellstrukturen erkennen, sondern möglicherweise auch Holzpartikel. Hier betrachten wir derzeit zwei Darmprotozoen. Diese gehören zur Gattung Opysis.Das sind celluloseabbauende Protozoen. Und gerade bei diesem hier, das genau im Zentrum sitzt, kann ich das Bild etwas justieren, um den Kontrast an diesen Rändern herauszuarbeiten. Das ist etwas zufällig. Okay.Oh, das sieht wunderbar aus. Zum Beispiel ist dies eines dieser sehr großen, den Trichomonaden verwandten Protozoen, und es beginnt, Bläschen zu bilden. Es wird langsam krank.Und das sind einige dieser kleinen Bläschen an der Seite. Mit diesem DIC können Sie wirklich eine optische Schnittebene erhalten. Ich werde also einfach von der Oberfläche nach innen gehen.Sie beginnen zu sehen, wie die Oberfläche scharf gestellt wird. Es sieht aus, als wäre sie mit diesen langen Linien, langen Rillen bedeckt. Und jetzt gehe ich in die Zelle hinein und durchquere nun die gegenüberliegende Seite.Und es ermöglicht Ihnen, wenn Sie dies auf der Rückseite der Zelle tun, den Zellkern zu sehen. Ich fahre also hoch, betrachte die Oberfläche, jetzt sehe ich den Zellkern und nun beginne ich, die andere Seite zu erkennen. Was ich tun kann, ist, den Phasenkontrast zu vergleichen, der gut aussieht.Dies ist der Kantenkontrast. Er sieht ebenfalls gut aus, und es handelt sich lediglich um eine Geschmacksfrage. Bei einigen der dünneren Zellen wirkt der Phasenkontrast besser.Eigentlich sehen wir hier zwei Protosome. Eines ist das in der Mitte mit den kleinen Rüschen und das andere, das wie ein Bündel Stöcke aussieht. Und das wird durch die DIC-Bildgebung wirklich deutlich hervorgehoben.Und es gibt einige Anpassungen, die Sie vornehmen können. Es ist ein wenig wie Kochen. Sie können es nach Geschmack zubereiten, indem Sie Ihre Probe betrachten und einfach Anpassungen vornehmen, um bei dieser bestimmten Probe einige der Zellstrukturen hervorzuheben.Es ist nahezu empirisch bestimmt. Jetzt werde ich einfach versuchen, einige andere Objekte zu finden, die einen Blick wert sind. Dies erfolgt im Dunkelfeld.Hier, wo das biologische Material hellweiß auf schwarzem Hintergrund erscheint, sehen wir große Trifa zusammen mit kleineren faszikulären Protozoen-Stroma. Die STRs vergrößern einen Bereich, der schlanken, kleinen, fast wurmähnlichen Gebilden ähnelt, die sich um diese größeren Zellen bewegen. Das sind also diese kleineren Protozoen.Es gibt also einige verschiedene Arten von Protozoen in dieser Umgebung, die unterschiedliche Größen aufweisen. Sie haben diese sehr großen Trifa, diese mittelgroßen Tri opsis und dann diese sehr langen, dünnen, schlanken, bakterienbedeckten Stroma-STRs. So können wir einige dieser Trichy opsis und Stromas sehen.St stroma STRs ist das Bündel von Stäbchen. Tri opsis ist dieser wunderschöne kleine Organismus mit kleinen Rüschen, die sehr schnell um die Zelle herumlaufen, und dem größeren trifa. Dies ist tri opsis.Dies ist das einzige Termitendarm-Protozoen, das jemals in vitro kultiviert und untersucht wurde, und vor etwa zwanzig Jahren gab es dazu drei oder vier PA-Arbeiten über dieses Protosom. Danach ging die Kultur verloren, und niemand konnte es seither erneut kultivieren. Doch die Untersuchungen an diesem Organismus zeigten, dass Protozoen Cellulose und Xylan fermentieren, die Pento- und Hexosenpolymere in Holz sind, und dabei Acetat, Wasserstoff und CO2 produzieren.Ich werde jetzt einfach ein wenig heranzoomen. Sie sehen einige dieser Sporozyten. Genau in der Mitte befindet sich ein schönes DIC-Bild eines API-Sporozyten.Und Sie können die Windungen sehen. Eine schöne, regelmäßige Windung. Ich sehe, dass sie sich bewegt.Oh, es ist noch am Leben, aber einige dieser Organismen sind durch den Sauerstoff leicht beschädigt worden. Mm. Denn viele dieser Organismen werden durch Sauerstoff vergiftet. Manchmal bereitet man Nasspräparate an, die funktionieren, und manchmal funktionieren sie nicht.Aber eigentlich ist dies hier ein echter Hügel. Ich werde mir einfach diesen Protozoen hier ansehen. Hier befinden sich zwei oder drei davon.Es gibt diese langen, schlanken Protozoen, die so aussehen, als wären sie gestreift. Und das sieht man wirklich gut mit der DIC, wenn man sie betrachtet. Und ich sage immer, das sind faschistische Protozoen.Und was meine ich damit? Der lateinische Begriff Fasis ist das Wort, das dieses Bündel von Stäbchen auf der Rückseite eines Dimes beschreibt. Und es ist das Wort, das tatsächlich auch e pluribus unum beschreibt, also aus vielen wird einer, und genau das bezeichne ich als faschistisches Protosom, da das Proteasom selbst äußerst dünn ist.Und das Wenige, das wir darüber wissen, haben Studien gezeigt, dass dieses Protosom mit einer Schicht dünner, langgestreckter Bakterien bedeckt ist. Es handelt sich also um einen langen, stabförmigen eukaryotischen Einzeller, der hier mit einer Schicht langhaarähnlicher Bakterien bedeckt ist; wie Sie sehen, beginnen einige dieser „Haare“ bereits leicht auszufasern und abzulösen. Doch viele davon werden Sie häufig beobachten können.Und funktionell haben wir keine Ahnung, was sie tun. Dies ist also ein Beispiel dafür, dass es zwar schön anzusehen ist, aber auch insofern inspirierend, als es mir zeigt, dass hier viele dieser Protozoen vorhanden sind.Wir können die Phylogenie des Wirts und der Zellen betrachten. Wir wissen, um welchen Protozoen es sich handelt, und wir kennen die Arten, die sich an ihn anheften. Aber wir wissen nicht, welche Funktionen entweder der Protozoen oder diese Bakterien erfüllen.Welche Physiologie haben sie? Was fressen sie? Was produzieren sie?Wie interagieren sie mit den anderen Mikroben? Wie wirken sich diese Produkte auf die anderen Mikroben oder den Wirt aus? Und daher wissen wir funktionell nicht, wo sie in das Gesamtbild passen.Vermutlich sind alle hier beobachteten, reichlich vorhandenen Zellen Symbionten, die in eine Mutualität eingebunden sind. Dabei handelt es sich also um förderliche Mikroben, die dem System und/oder dem Wirt tatsächlich etwas geben. Doch in diesem Fall steckt der Teufel im Detail.Und wir können tatsächlich nicht mit Sicherheit sagen, was diese Organismen tun. Und ich habe eigentlich keine konkrete Hypothese dazu, welche Funktion diese Organismen haben. Ich meine, es ist interessant, weil die faszinierenden Protozoen selbst mit Bakterien besiedelt sind.Es ist also eine Symbiose auf Symbiose-Schichten. Während man bei einigen anderen Protozoen sehen kann, dass sie Holzpartikel in das Zytoplasma oder in die Zelle aufgenommen haben, gibt es bei diesen keinerlei Hinweise darauf, dass sie Holzpartikel aufnehmen.Es liegt also nicht daran, dass man überhaupt sagen könnte, sie würden Holz abbauen. Ich weiß nicht einmal, ob sie Holz abbauen. Wahrscheinlicher ist, dass sie diese Bakterien an einer bestimmten Stelle im Darm positionieren, wo die Bakterien etwas bewirken und möglicherweise dem Protozoen nützen – Beispiele für eine Symbiose innerhalb einer Symbiose.Wenn wir uns dieses Trica nifa ansehen, handelt es sich bei diesem größeren Protozoen, das wir hier betrachten, gewissermaßen um ein zusammengedrücktes Trifa. Wir können erkennen, dass es lange Streifungen aufweist, die von vorn nach hinten verlaufen. Doch wenn wir etwas genauer hinsehen, bemerken wir kleine schwarze Punkte am vorderen Ende.Das sind ebenfalls Bakterien. Und dieses Protozoen weist sowohl eine ecto- als auch eine endo-symbiotische Beziehung auf. Es ist an der Oberfläche mit einer Schicht aus Bakterien bedeckt, enthält aber auch Bakterien innerhalb der Zelle.Und erneut haben wir kein Verständnis dafür, wie die Physiologie dieser Bakterien auf der Oberfläche oder im Inneren aussieht. Wir wissen, dass diese Protozoen Cellulose und Xylan fermentieren, aber wir wissen nicht, wo diese Bakterien in dieses Bild passen. Es fehlt uns also an etwas Grundlegendem.Ich liebe das System also, weil es viel Vielfalt und viel Aktivität gibt, und wir haben viel gelernt. Aber eigentlich glaube ich, dass wir viel weniger wissen, als dass wir mehr wissen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Biology

Biologie

California Institute of Technology - Caltech.  Jared Leadbetter führt uns für einen Spaziergang durch die Natur durch die Vielfalt des Lebens mit Wohnsitz in der Termite Enddarm - ein Mikroumgebung mit 250 verschiedenen Arten, die nirgendwo sonst auf der Erde. Jared zeigt, dass die Symbiose von diesem System zeigten vielschichtige und beinhaltet nicht nur eine Beziehung zwischen den Termiten und ihre Bewohner gut, birgt aber auch ein komplexes Netz von Symbiose zwischen dem Darm Mikroben sich.

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Zusammenfassung

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