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Chlamydiae in the environment - from soil microcosms to freshwater systems
Angelika Schwarzhans
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium Naturwissenschaften (Lebenswissenschaften): Biologie
Betreuer*in
Matthias Horn
Mitbetreuer*in
Astrid Horn
DOI
10.25365/thesis.81074
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11820.95016.388784-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Untersuchung symbiotischer Interaktionen ist von hohem Wert für das Verständnis der Entwicklung und Evolution aller Organismen auf der Erde, des Ursprungs der Eukaryoten sowie der Entstehung von Organellen. Chlamydien sind eine Gruppe obligat intrazellulärer Bakterien, die vor allem für ihre Rolle als Pathogene beim Menschen und Tieren bekannt sind. Während sich ein Großteil der Chlamydienforschung nach wie vor hauptsächlich auf Wirbeltier-assoziierte Taxa konzentriert, haben sich Umwelt-Chlamydien als wertvolle Modellsysteme erwiesen, da sie ein deutlich breiteres Wirtsspektrum sowie eine größere evolutionäre und genomische Vielseitigkeit aufweisen. Dies verleiht ihnen höhere metabolische Unabhängigkeit von ihren Wirten, vielfältigere Transportkapazitäten und Außenmembranstrukturen sowie eine größere Diversität an Effektorproteinen, die ihnen helfen, mit wechselnden Wirten und Umweltbedingungen umzugehen. Der Schwerpunkt dieser Dissertation lag auf den Auswirkungen chlamydialer Symbionten auf ihre Wirte und deren Umwelt in zwei unterschiedlichen Wirtssystemen und experimentellen Kontexten, die von Bodenmikrokosmen bis hin zu Süßwassersystemen reichten. Zunächst untersuchte ich den Einfluss zweier chlamydialer Stämme auf eine häufig vorkommende Bodenamöbe, indem ich ein kontrolliertes Bodenmikrokosmos-Setup etablierte. Über einen Inkubationszeitraum von 35 Tagen verfolgte ich die Effekte der Amöben-Prädation auf drei unterschiedlichen Ebenen: 1. die Wachstumsdynamik von Wirt, Symbionten und bakterieller Bodengemeinschaft; 2. Veränderungen in der aktiven Struktur der bakteriellen Bodengemeinschaft; 3. die Auswirkungen auf Nährstoffkreisläufe wie Respiration, Wachstum und Stickstoff Mineralisierungsraten.
Meine Ergebnisse deuten darauf hin, dass chlamydiale Symbionten einen starken Einfluss auf das Ernährungsverhalten ihrer Wirte haben und indirekt auch auf die mikrobielle Bodengemeinschaft sowie daraus resultierende Ökosystemprozesse. Darüber hinaus fand ich Hinweise auf potenziell schützende Eigenschaften der Symbionten, die es dem Wirt ermöglichen, ein breiteres Spektrum an Beuteorganismen zu konsumieren.
Weiters charakterisierte ich in einem Süßwassersystem das erste Isolat einer Chlamydienart, die mit dem Süßwasser-Nesseltier Hydra oligactis assoziiert ist, mit einer Kombination aus phylogenetischen Analysen, vergleichender Genomik und bildgebenden Verfahren. Dabei zeigte sich, dass die Anpassungen des Symbionten an den Hydra-Wirt hauptsächlich aus genomischer Reorganisation und Optimierung bestehen, was auf einen relativ kürzlich erfolgten Wirtswechsel hindeutet. Diese Ergebnisse erweitern unser Wissen über die Fähigkeiten, Verbreitung und Übertragungswege Cnidarien assoziierter Chlamydien. Diese Ergebnisse unterstreichen den evolutionären Erfolg des chlamydialen Genoms und positionieren bakterielle Endosymbionten nicht nur als wichtige Bestandteile ihrer jeweiligen Wirte, sondern auch als Regulatoren breiterer mikrobieller Gemeinschaften und ökologischer Prozesse.
Abstract
(Englisch)
The study of symbiotic interactions is immensely valuable for understanding the development and
evolution of all organisms on earth, the origin of eukaryotes and the formation of organelles. Chlamydiae
are a group of obligate intracellular bacteria best known for their role as pathogens in humans and animals.
While much of chlamydiae research is still largely focussed on the vertebrate-associated taxa,
environmental chlamydiae have been valuable study models, harbouring a much broader host range and
greater evolutionary and genomic versatility. This lends them higher metabolic independence from their
hosts, more diverse transport capabilities, outer membrane structures, and effector proteins, that help in
dealing with changing hosts and environments.
My focus in this thesis is on the impact chlamydial symbionts have on their hosts and environments in two
very different host systems and experimental contexts from soil microcosms to freshwater systems.
First, I studied the impact of two different chlamydial strains on a common soil amoeba by establishing a
controlled soil microcosm setup. Over an incubation period of 35 days I followed the effects of predation
of symbiont carrying amoebae on three different levels: 1. the growth dynamics of host, symbionts and
bacterial soil community; 2. changes in the active bacterial soil community structure; 3. the impact on soil
nutrient cycles like respiration, growth and nitrogen mineralization rates. My results suggest the
chlamydial symbionts have large impacts on the feeding behaviour of their amoeba hosts and by proxy on
the soil microbial community and resulting ecosystem processes. I have also found evidence pointing to
potential protective properties of the chlamydial symbionts, potentially increasing tolerance towards
microbial antipredator defense systems, allowing for a broader spectrum of prey organisms to be consumed
by the host.
Second, in a freshwater system, I characterized the first isolate of a chlamydial species associating with the
freshwater cnidarian Hydra oligactis, using a combination of phylogenetic analysis, comparative genomics
and imaging techniques. This showed that the symbionts’ adaptations to its Hydra host consist mainly of
genomic reorganization and streamlining, suggesting a relatively recent host shift and expanded our
knowledge on capabilities, dispersion and transmission of cnidarian associated chlamydiae.
Together these studies highlight the evolutionary success of the chlamydial core genome and position
bacterial endosymbionts not only as important components of their individual hosts, but also as regulators
of broader microbial communities and processes.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Chlamydien Intrazellulär Amöben Hydra Genomik Bodensystemprozesse Endosymbiont Bodenmikrobiom Symbiose Mikrokosmen
Schlagwörter
(Englisch)
Chlamydiae Intracellular Amoebae Hydra Genomics Soilsystem processes Endosymbiont Soil microbiome Symbiosis Microcosms
Autor*innen
Angelika Schwarzhans
Haupttitel (Englisch)
Chlamydiae in the environment - from soil microcosms to freshwater systems
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
133 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Michael Bonkowski ,
Tim Urich
Klassifikation
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie
AC Nummer
AC17884776
Utheses ID
79914
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 437 |