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Immunsystem: Muttergeschenk schützt Hydra-Embryonen vor Bakterien

<i>Hydra</i>
Nie wieder ist ein Lebewesen so schutzlos wie als unentwickelter Embryo, doch trotzdem verzichten einige Organismen schon in diesem Stadium auf den Schutz des mütterlichen Körpers oder auch nur einer Eihülle. Beim Süßwasserpolypen Hydra befruchten die Samenzellen das außen am Muttertier hängende Ei, das sich dort zum Embryo entwickelt und von Anfang an potenziell schädlichen Bakterien ausgesetzt ist. Dennoch können Mikroorganismen dem Nachwuchs nichts anhaben – zwar wächst auf der Oberfläche des sich entwickelnden Tiers bald ein dünner Bakterienrasen, doch der besteht ausschließlich aus harmlosen, ja erwünschten Arten. Forscher aus Kiel und St. Petersburg haben jetzt herausgefunden, wie der einfache Organismus dieses Kunststück fertigbringt.

Auch die erwachsene Hydra besitzt keine feste Haut oder bewegliche Immunzellen, sie schützt sich vor den allgegenwärtigen Mikroben mit antibakteriellen Peptiden, den Periculinen. Diese kurzen Proteine aus rund 150 Aminosäuren besitzen einen cysteinreichen Abschnitt, der sehr selektiv Bakterien tötet. Eines dieser Moleküle, das Periculin-1a, fand das Team um den Zoologen Thomas Bosch von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel jedoch nur in einem einzigen Gewebetyp – dem Zwischengewebe, in dem die Eizellen heranreifen. Diese Zellen tragen das Protein in kleinen Membranbläschen mit sich und geben es, wenn sie später vom wachsenden Ei verschlungen werden, unverändert weiter: ein formidables Waffenarsenal für den späteren Embryo. Sofort nach der Befruchtung nämlich beginnen die Bläschen, mit der Membran der Eizelle zu verschmelzen und ihre Fracht nach außen abzugeben.

Wie die Forscher feststellten, ist das Peptid ein sehr effektiver Schutz. Bei der ersten Zellteilung ist der Embryo mit einer lückenlosen Schicht der Verbindung bedeckt. Hier fanden sie nur einen Bruchteil der Bakterien, die später die werdende Hydra besiedelten, die zusätzlich nahezu alle zur Gattung Polynucleobacter gehörten. Erst nach einigen weiteren Teilungen, mit dem Entstehen eines Hohlraums im Embryo, beginnt die Hydra mit der Produktion der anderen Periculin-Peptide, und Periculin-1a verschwindet. Damit ändert sich auch die Bakterienpopulation auf dem Embryo dramatisch. Die Keimzahl schnellt bis zum Zehnfachen des vorherigen Werts hoch, und nun siedeln sich auch andere Bakterienarten an.

Anders als die anderen Periculine ist Periculin-1a jedoch nicht nur ein hochwirksames Gift, sondern reguliert auch aktiv die Zusammensetzung des Bakterienrasens auf dem frühen Embryo. Brachten die Forscher nämlich erwachsene Polypen mit gentechnischen Mitteln dazu, das Peptid auf ihrer Haut auszuscheiden, ging nicht nur der Bewuchs rapide zurück, sondern seine Artenzusammensetzung veränderte sich drastisch – genauso wie es beim Übergang vom Periculin-1a zu den normalen Periculinen während der Embryonalentwicklung geschieht. Das Muttertier entlässt ihren Nachwuchs also keineswegs ungeschützt in die raue Welt. Vielmehr gibt sie ihm ein ausgeklügeltes Schutzpaket mit auf den Weg, das Bakterien nicht nur fernhält, sondern ganz gezielt bestimmte Mikroben gedeihen lässt. Die Forscher vermuten, dass diese ersten Siedler auf noch unbekannte Weise zum Wohlergehen des frühen Embryos beitragen und dass auch in höheren Tieren mit Bakterien besiedelte Gewebe ihren Bewuchs aktiv kontrollieren. (lf)

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  • Quellen
Bosch, T. et al.: In an early branching metazoan, bacterial colonization of the embryo is controlled by maternal antimicrobial peptides. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A. 10.1073/pnas.1008573107, 2010.

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