Chantal Ingham

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Chantal S. Ingham

Evolutionäre Ökologie
Institut für Organismische und Molekulare Evolutionsbiologie
Hanns-Dieter-Hüsch-Weg 15
55128 Mainz

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Forschungsinteressen

Viele Insekten etablieren symbiotische Beziehungen mit Mikroorganismen, was eine wichtige Rolle bei der Erschließung neuer ökologischer Nischen spielt. Während sich die Forschung der letzten Jahrzehnte vorwiegend auf Ernährungssymbiosen fokussierte, begriff man Verteidigungssymbiosen erst später als wichtige Komponente der Abwehrmechanismen von Insekten. Letztere gewähren Einblicke in die Ökologie von Sekundärmetaboliten und in die erfolgreiche Langzeitnutzung von Antibiotika. Darüber hinaus stellen sie eine vielversprechende Quelle für bisher unentdeckte Ressourcen und neue bioaktive Substanzen dar.

Bienenwölfe (Hymenoptera: Crabronidae), eine Gruppe solitärer Grabwespen, legen Brutzellen in sandigem Boden an, wo ihre Nachkommen antagonistischen Bakterien und Pilzen ausgesetzt sind. Um dem entgegenzuwirken, gehen Bienenwölfe eine Verteidigungssymbiose mit Streptomyces philanthi (Actinobacteria) ein. Diese bakteriellen Symbionten befinden sich in den Anfangsphasen der Genomerosion, die üblicherweise mit einer wirtsassoziierten Lebensweise einhergeht. Sie werden in spezialisierten Antennendrüsen kultiviert und auf den Kokon der Larven übertragen. Dort produzieren sie einen komplexen Antibiotika-Cocktail, der einen verlässlichen Langzeitschutz für die Larven darstellt.

Daneben gibt das Ei Stickstoffmonoxid (NO), ein gasförmiges Radikal, in die Brutzelle ab, um diese zu desinfizieren. Stickstoffmonoxid spielt wegen seiner Toxizität gegenüber Parasiten und Pathogenen eine Rolle in der Immunabwehr von Vertebraten und Invertebraten. Darüber hinaus hilft es dabei, die Etablierung von mutualistischen Interaktionen zu regulieren.

Während NO konkurrierende Mikroorganismen in der Brutzelle abtötet, überleben die Symbionten den NO-Ausstoß. Allerdings ist bekannt, dass NO den Pyrimidinbasen der DNA oxidativen Schaden zufügt, welcher in Bakterien durch Basenexzisionreparatur behoben werden kann. Versagt dieser Reparaturmechanismus, so kommt es an den betroffenen Stellen häufig zu Punkt- oder Frameshift-Mutationen. Daher erwarten wir, dass die wiederholte Einwirkung von NO evolutionäre Konsequenzen für das Genom von Streptomyces philanthi hat und möglicherweise eine Schlüsselrolle bei dessen Erosion spielt.

Mein Projekt hat zum Ziel, den Effekt des vom Bienenwolf produzierten NO auf Überleben, Genexpression und Genomevolution des bakteriellen Verteidigungssymbionten Streptomyces philanthi zu charakterisieren.