Detailansicht
How intracellular bacteria affect the fate of their Amoeba host
endosymbiotic versus parasitic interactions
Frederik Schulz
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Matthias Horn
DOI
10.25365/thesis.14594
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29812.92796.521254-5
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In den letzten Jahre gab es große Fortschritte im Verständnis der Beziehung zwischen intrazellulären Bakterien und ihren Wirten. Viele Details endosymbiotischer und parasitischer Interaktionen sind jedoch weiterhin unklar. Ziel dieser Arbeit war es Entwicklungszyklen des Amöbenendosymbionten Protochlamydia amoebophila und der beiden Amöbenparasiten Parachlamyida sp. und Legionella pneumophila zu vergleichen. Zum anderen wurde die Hypothese getestet, ob das Vorhandensein des Endosymbionten seinem Amöbenwirt eine erhöhte Überlebenswahrscheinlichkeit bei einer Parasiteninfektion verleiht. Die Entwicklungszyklen in Acanthamoeba castellanii Neff wurden bei zwei unterschiedlichen Temperaturen charakterisiert. Dabei wurde eine Kombination aus Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) und DAPI angewendet , um Rückschlüsse auf die metabolische Aktivität der Symbionten ziehen zu können. Die Lebensfähigkeit des Wirtes wurde mit Propidiumiodid untersucht. Die erhaltenen quantitativen Daten ermöglichten die Bestimmung charakteristischer Zeitpunkte der endosymbiotischen bzw. parasitischen Interaktionen unserer Modellsysteme, welche die Basis für später darauf aufbauende Transkriptomik Studien bilden. Amöben-Kulturen mit und ohne Endosymbiont wurden mit dem Modell-Parasit L. pneumophila infiziert, um zu überprüfen, ob das Vorhandensein von P. amoebophila einen Vorteil für seinen Wirt A. castellanii bringt. Der Infektionsverlauf wurde mittels FISH und Quantifizierung von Amöben und Legionellen untersucht und verglichen. In endosymbiontentragenden Amöben kam es bereits innerhalb der ersten Tage nach Infektion zu einem beschleunigten Legionellen-Wachstum. Dies führte zu einer erhöhten Sterberate des Wirtes. Amöben mit Endosymbiont waren nach zwei Wochen uninfiziert und begannen sich zu erholen. Schließlich erreichten sie Zelldichten, die jene endosymbiontenloser Amöben um mehr als das Hundertfache überstiegen. Letztendlich kam es jedoch in der Gegenwart von P. amoebophila zu einem filamentösen Legionellen-Wachstum mit Ausbildung Biofilm-ähnlicher Strukturen, was das Überleben einer großen Anzahl von Legionellen zu ermöglichen schien. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Gegenwart von P. amoebophila in A. castellanii den Verlauf einer Legionellen-Infektion verändert. Versteht man das Auftreten filamentöser Legionellen als Folge des hier verwendeten künstlichen Systems, so kann man aufgrund der beobachteten Erholung des Wirts, auf eine mutualistische Beziehung zwischen A. castellanii und P. amoebophila schließen. Betrachtet man die weite Verbreitung freilebender Amöben in der Natur und die Häufigkeit ihrer bakteriellen Endosymbionten, so wird klar, dass die in dieser Arbeit beobachteten Vorgänge bedeutende Auswirkungen auf ökologische und evolutionäre Prozesse haben könnten.
Abstract
(Englisch)
Within the last years, there has been an effort in understanding the relationship between intracellular bacteria and their hosts. However, many details on mechanisms underlining endosymbiotic or parasitic interactions still remain elusive. The aims of the study were to (1) compare the developmental cycles of the amoebae endosymbiont Protochlamydia amoebophila and two amoebae parasites Parachlamydia sp. and Legionella pneumophila, and (2) address the hypothesis of increased amoebal survival in the face of parasitic infection when the endosymbiont was present. Developmental cycles in Acanthamoeba castellanii Neff at two different temperatures were roughly characterized by combining fluorescence-in-situ-hybridization (FISH) with the nucleic acid stain DAPI in order to estimate the symbiont’s metabolic activity, and in addition, by assessing host viability using propidium iodide. The obtained quantitative data allowed for specification of crucial time points during our model stable and parasitic interactions, thereby facilitating a follow-up study on the transcriptomes of these systems. In order to test for a benefit of the host A. castellanii Neff in the presence of P. amoebophila, co-cultures and cultures of endosymbiont-free amoebae were infected with the amoebal parasite L. pneumophila. The course of infection was compared by FISH, and by quantification of amoebal as well as L. pneumophila cell numbers. Within the first days post infection Legionella replication was enhanced in amoebae with endosymbiont, resulting in higher rates of host cell death. After 2 weeks most amoebae with endosymbiont were uninfected and started to recover, reaching cell densities more than 100-fold increased relative to endosymbiont-free amoebae. However, in the presence of P. amoebophila, Legionella finally grew up as filaments in a biofilm-like structure, allowing it to persist in high numbers. The results obtained clearly show that the presence of P. amoebophila as an endosymbiont in A. castellanii alters the course infection of L. pneumophila. Considering filamentous Legionella as an outcome of the used artificial system, the host-recovery in the presence of Protochlamyida lets one conclude from a mutualistic relationship. Given the abundance of free-living amoebae in the environment as well as the frequent presence of endosymbionts in these protozoa, the observed phenomenon may hold widespread ecological and evolutionary implications.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Legionella Parachlamyida Protochlamydia Environmental Chlamydia Acanthamoeba Symbiosis Parasitism Mutualism Endosymbiosis
Schlagwörter
(Deutsch)
Legionellen Parachlamydien Protochlamydien Umweltchlamydien Chlamydien Acanthamoeben Symbiose Parasitismus Mutualismus Endosymbiose
Autor*innen
Frederik Schulz
Haupttitel (Englisch)
How intracellular bacteria affect the fate of their Amoeba host
Hauptuntertitel (Englisch)
endosymbiotic versus parasitic interactions
Paralleltitel (Deutsch)
Wie intrazelluläre Bakterien das Schicksal ihres Amöben-Wirtes beeinflussen ; Endosymbiotische versus parasitische Beziehungen
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
84 S.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Matthias Horn
AC Nummer
AC09421525
Utheses ID
13090
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |