Die mikrobielle Ökologie ist ein Forschungsgebiet, das nicht zuletzt durch neue molekularbiologische Techniken in den letzten Jahren enorm an Bedeutung gewonnen hat. Beginnend mit einer Reihe neuer Forschungsprojekte will man diesen Forschungszweig auch an der Universität Wien etablieren. Ein interdisziplinäres Projekt zur Symbiose von Bakterien und Einzellern wurde nun vom FWF bewilligt.

Univ.-Prof. Mag. Dr. Michael Wagner und Univ.-Ass. Dr. Matthias Horn arbeiten seit Februar 2003 am Institut für Ökologie und Naturschutz der Universität Wien. Wenn man die beiden Molekularbiologen nach einem ihrer aktuellen Arbeitsschwerpunkte fragt, kann die Antwort für Nicht-Biologen mitunter schon etwas kryptisch ausfallen: Symbiotische Interaktion zwischen frei lebenden Amöben und Umwelt-Chlamydien. Konkret geht es dabei um in der Natur weit verbreitete Einzeller, Amöben, die mit Bakterien, den so genannten Umwelt-Chlamydien, im Laufe der Evolution eine für die Wissenschaft höchst interessante Zweckgemeinschaft eingegangen sind. Schon seit etwa 30 Jahren weiß man um diese Bakterien in den Amöben. Doch erst vor ein paar Jahren gelang deren Identifizierung, an der die beiden Wissenschafter führend beteiligt waren. Neben der mikrobiellen Ökologie sollen an der Erforschung dieser Symbiose die verschiedensten Wissensdisziplinen beteiligt werden, darunter auch die Humanmedizin.

Erreger von Infektionskrankheiten

Sowohl Amöben als auch die klassischen Chlamydien, Verwandte der Umwelt-Chlamydien, sind als Krankheitserreger bei Mensch und Tier bekannt. Von Amöben weiß man, dass sie bei KontaktlinsenträgerInnen schwere Hornhautentzündungen im Auge hervorrufen können.Auch eine meist tödlich verlaufende Form der Gehirnhautentzündung, die granulomatöse Amöbenenzeophalitis, geht beispielsweise auf diese Einzeller zurück.
		Lichtmikroskopische Aufnahme einer frei lebenden Amöbe der Gattung Acanthamoeba

"Chlamydien sind wiederum von großem medizinischem Interesse", bemerkt Wagner, "da sie nicht nur Infektionen der Lunge, des Auges und des Genitaltraktes verursachen, sondern auch mit Herzinfarkt, Arteriosklerose oder Asthma in Verbindung gebracht werden." Und der Mikrobiologe vermutet, dass auch die Umwelt-Chlamydien für eine Reihe von Infektionskrankheiten verantwortlich sein könnten, von denen man den Erreger bisher nicht kennt.

Ohne Bakterien geht es nicht

Wie man heute weiß, gibt es kein höheres Lebewesen, das ohne Bakterien leben könnte. Im und auf dem Körper des Menschen beispielsweise befinden sich mehr Bakterien als menschliche Zellen. Und auch für Amöben sind Bakterien von essentieller Bedeutung. Normalerweise bilden sie deren Nahrungsgrundlage. Im Laufe der Evolution haben einige von ihnen jedoch Mechanismen entwickelt, um in den räuberischen Einzellern zu überleben. "Man vermutet, dass Bakterien anhand dieser Einzeller gelernt haben, wie sie der Verdauung durch Zellen höheren Lebewesen entgehen und diese Zellen sogar als ökologische Nische nutzen können", bemerkt Wagner. Für ihn bildet die Symbiose der Amöben so ein ideales Modellsystem für eine ganze Reihe von intrazellulären Krankheitserregern in der Medizin. Aus ähnlichen symbiotischen Interaktionen sind im Übrigen vor mehr als einer Milliarde Jahren auch Mitochondrien und Plastiden, wichtige Bestandteile von tierischen bzw. pflanzlichen Zellen, hervorgegangen, wie Horn ergänzt: "Frei lebende Bakterien sind in die Vorfahren tierischer bzw. pflanzlicher Zellen gelangt und haben sich mit der Zeit zu diesen Organellen differenziert."

Gegenseitiger Nutzen

		Die Erforschung der wechselseitigen Beziehung zwischen Umwelt-Chlamydien und Amöben steht bisher noch am Anfang. Erste Untersuchungen lassen jedoch vermuten, dass die Amöben mit ihren Symbionten wesentlich zerstörerischer gegenüber tierischen Zellen sind als ohne sie, und das Zusammenleben dürfte durchaus von beiderseitigem Nutzen sein. Die Umwelt-Chlamydien sind dabei in erster Linie Energieparasiten, stehlen ihrem Wirt also Energie, und profitieren gleichzeitig von der Widerstandsfähigkeit der Amöben gegenüber antibakteriellen Substanzen.
Identifizierung von Umweltchlamydien (pink) im Inneren von Amöben (grün)mittels Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung

Und wie Wagner vermutet, "könnten die Amöben den Umwelt-Chlamydien als trojanische Pferde dienen und diese so auf den Menschen übertragen." Die Amöben wiederum wachsen unter gewissen Umweltbedingungen mit Symbionten schneller als ohne. Einiges spricht auch dafür, dass die Umwelt-Chlamydien ihren Wirt sogar gegen andere Bakterien verteidigen.

Gute Vorrausetzungen in Wien

Vor kurzem gelang die Entschlüsselung des Genoms (Gesamtheit der Gene) eines Vertreters der Umwelt-Chlamydien im Rahmen des "Environmental Chlamydiae Genome Project" (EDGE). Basierend darauf will man nun durch dieses vom FWF soeben bewilligte, umfangreiche Forschungsprojekt zu einem funktionellen Verständnis der Wechselwirkungen in der Symbiose gelangen. Mittlerweile versuchen auch Forschungsgruppen aus den USA und Frankreich auf dieses Forschungsthema aufzuspringen. An der Universität Wien sieht Wagner jedoch die besten Voraussetzungen, um die internationale Führungsrolle auf diesem Gebiet weiter zu behaupten: "Ein Institut, an dem sowohl die klassische Ökologie, die organismisch ausgerichtete Biologie als auch mit uns nun die Molekularbiologie zu finden ist, ist hier unsere große Stärke." (ro)

Institut für Ökologie und Naturschutz / Abteilung Mikrobielle Ökologie
Univ.-Prof. Mag. Dr. Michael Wagner
Univ.-Ass. Dr. Matthias Horn