Transcriptomic dynamics and interaction in a host and parasite system
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Parasiten haben einen tiefgreifenden Einfluß auf ihre Wirte und sind können in der Lage, deren Phänotyp zu manipulieren, um die Chancen einer Übertragung auf den Endwirt zu erhöhen. Dies scheint auch bei dem Zestoden Anomotaenia brevis und seinem Zwischenwirt, der Ameise Temnothorax nylanderi, der Fall zu sein. Bei einer Infektion beobachten wir Veränderungen der Farbe und Sklerotisation der Kutikel, der Aktivität, der Lebensdauer, der Interaktionen mit Nestgenossen und der Muskelmasse. Diese Veränderungen gehen mit Veränderungen der Genexpression in der Ameise einher, so dass es schwierig ist festzustellen, ob der Zestode wirklich die Fäden in dieser Interaktion zieht oder ob die phänotypischen Veränderungen einfach nur Nebeneffekte der Zestodeninfektion sind. In dieser Dissertation habe ich verschiedene Methoden angewandt, um zu untersuchen, ob der Parasit wirklich die Fäden in dieser Interaktion zieht oder ob wir alternative Erklärungen für die Unterschiede in der Genexpression finden können.
Im ersten Kapitel haben wir die Auswirkungen der Parasitenbelastung auf dieses System untersucht. Wir verglichen die Genexpression von nicht infizierten, gering infizierten und stark infizierten Wirten sowie von Parasiten, die den Wirt mit wenigen anderen und vielen anderen koinfizieren. Wir beobachteten ähnliche Veränderungen bei Parasit und Wirt, wo beide unter höherem Stress litten und der Wirt sich des Parasiten stärker bewusst zu sein scheint, da der Parasit ein größeres Bedürfnis hat, sich der Immunantwort des Wirts zu entziehen.
In Kapitel 2 beschlossen wir, Ameisen mit bakteriellem Lipopolysaccharid zu injizieren, um den Unterschied zwischen der Immunreaktion auf den Zestoden und der Immunreaktion auf Bakterien auf Ebene der Genexpression zu verstehen. Wir kombinierten dies mit der Untersuchung des Darmmikrobioms, um zu sehen, welche Auswirkungen beide Immunreaktionen (auf den Parasiten und auf das Bakterium) auf den Wirt haben. Wir fanden eine große Menge an unterschiedlich exprimierten Genen, die auch die Immunantwort stark beeinflussen. Bei näherer Betrachtung stellten wir insbesondere fest, dass die Gene, die sowohl bei einer Parasiteninfektion als auch bei einer Scheininfektion unterschiedlich exprimiert werden, in verschiedene Richtungen unterschiedlich exprimiert werden. Dies deutet auf eine mögliche Hemmung des Immunsystems in diesem System hin. Diese Hemmung wirkte sich jedoch nicht auf das Immunsystem gegen Bakterien aus, was bedeutet, dass der Zestode in der Lage ist, die Angriffe gegen ihn zu minimieren, ohne die Fähigkeit der Ameise zur Bekämpfung anderer Parasiten zu beeinträchtigen. Im Darmmikrobiom fanden wir bei der Parasiteninfektion einen Verlust der Artenvielfalt und eine Dominanz intrazellulärer Gruppen in den infizierten Ameisen, was möglicherweise auf eine frühere Immunreaktion auf die Zestodeninfektion hindeutet.
Im letzten Kapitel testeten wir, wie sich die Prävalenz von Parasiten in diesem System auf die Genexpression der Kolonie auswirkt, indem wir die Genexpression mit dem Anteil infizierter Ameisen in der Kolonie sowohl bei infizierten Wirten als auch bei nicht infizierten Wirten und Parasiten korrelierten. Dabei stellten wir eine Stressreaktion bei den Ameisen fest. Während der Parasit, obwohl er in seiner Genexpression betroffen ist, unter diesen Bedingungen nicht zu leiden scheint. Darüber hinaus haben wir eine neuartige Methode zur Untersuchung des Interaktoms zwischen Parasit und Wirt angewandt, mit der wir ein neues Licht auf die molekularen Interaktionen geworfen haben. Dabei haben wir festgestellt, dass das Transkriptom des Parasiten in hohem Maße mit dem der Ameise interagiert, und zwar sowohl in Form einer Reaktion auf Veränderungen der Genexpression der Ameise als auch in Form einer Manipulation der Genexpression der Ameise.
Insgesamt lassen sich in diesem System deutliche Anzeichen für Manipulationen und möglichen Nebenwirkungen der Infektion finden. Beispielsweise sind die Färbung und Sklerotisierung der Kutikula und die Immunreaktion in den Datensätzen eng miteinander verbunden, und wir können in diesem Fall Argumente vor und gegen einen möglichen Fitnessvorteil für den Parasiten finden. Ein weiterer möglicher Nebeneffekt ist die Reaktion auf oxidativen Stress, der im Transkriptom der Ameise nicht vollständig sichtbar ist, da der Zestode den oxidativen Stress in seinem Wirt zu minimieren scheint, um seine eigene Überlebensfähigkeit zu verbessern.