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May 09, 2023

Krebs

OBEN: Fonticula alba-Kolonie Marko Kaksonen Wissenschaftler haben entdeckt, dass a

OBEN: Fonticula alba-Kolonie Marko Kaksonen

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass ein Schleimpilz in eine Kolonie von Bakterienzellen eindringen kann, ähnlich wie Krebszellen in gesundes Gewebe eindringen. Wie in einer neuen Studie berichtet, die am Montag (28. März) in Current Biology veröffentlicht wurde, könnte das invasive Verhalten des Schleimpilzes Fonticula alba Hinweise darauf geben, wie mehrzellige Strukturen bei Pilzen und Tieren entstanden sind.

F. alba, das bisher nur ein einziges Mal in der Umwelt gefunden wurde (auf einigen Hundekots aus Arkansas in den 1960er-Jahren), erregte wenig Interesse, bis sich vor einigen Jahren Wissenschaftler der Universität Genf für seine Einzigartigkeit interessierten Position im Evolutionsbaum. Während die meisten zuvor charakterisierten Schleimpilze, wie z. B. Dictyostelium spp., mit Tieren und Pflanzen verwandt sind, ist F. alba eher mit Pilzen verwandt als andere Schleimpilze.

„Pilze und Tiere sind im Stammbaum der Evolution sehr eng miteinander verwandt“, erklärt Chris Toret, Mikrobiologe an der Universität Genf, gegenüber The Scientist. „Warum wurden die Pilze schließlich zu Pilzen und das Tier zu einem Tier? Es gibt eindeutig einige Unterschiede in der Art und Weise, wie sie zusammenhalten. Und deshalb wollten wir [F. alba] als Modellorganismus betrachten.“

Da über F. alba wenig bekannt war, bestand das erste, was man tun musste, darin, sich mit ihm vertraut zu machen. „Ich habe einige Zeit damit verbracht, einfach herauszufinden, ob wir das im Labor anbauen können?“, erklärt Toret. „Selbst wenn wir das tun, sehen wir einige interessante mehrzellige Eigenschaften.“

Frühere Studien hatten einen Teil des Lebenszyklus von F. alba charakterisiert. Wie die meisten Schleimpilze verbringt er die meiste Zeit seines Lebens in einzelliger Form, als Amöbe, die sich von Bakterien ernährt. Irgendwann in seinem Lebenszyklus wird er jedoch mehrzellig und verbindet sich mit anderen zu vulkanähnlichen Fruchtkörpern, die Sporen freisetzen und die Ausbreitung des Schleimpilzes unterstützen. Frühere Forscher haben beschrieben, wie andere Schleimpilze in diesem aggregierten Zustand Entscheidungen treffen und Muster erzeugen können, die U-Bahn-Systemen auffallend ähneln.

Was in der Literatur jedoch völlig unbeschrieben blieb, war das andere vielzellige Verhalten von F. alba: die Invasion. Toret und seine Kollegen fanden heraus, dass F. alba nur dann in seinen Aggregatzustand überging, wenn es zusammen mit Bakterien – in diesem Fall dem häufig vorkommenden Fäkalienbakterium Klebsiella pneumonia – kultiviert wurde, die sich in einer bestimmten Phase des bakteriellen Lebenszyklus befinden. Bakterien durchlaufen Wachstums- und Todesphasen, wachsen schnell und sterben dann ab, sobald ihre Nahrungsquellen erschöpft sind. Es war die Einwirkung von Bakterien in der durch Knappheit bedingten Sonnenuntergangsphase, die zur Aggregation des Schleimpilzes führte, obwohl die Wissenschaftler noch nicht wissen, warum. Die Bakterien „müssen reif sein wie ein guter französischer Käse“, schlägt Marko Kaksonen vor, Mikrobiologe an der Universität Genf und Mitautor der Studie.

Die Forscher fanden heraus, dass F. alba in seinem invasiven sozialen Zustand durch den dezimierten Bakterienrasen fegt, dabei fressend und auf der Suche nach neuen Nahrungsquellen ist. Die Forscher verglichen diesen invasiven Mechanismus damit, wie sich Krebszellen kollektiv in umliegendes Gewebe eingraben und wie Pilze lange, verzweigte Filamente nutzen, um auf der Suche nach neuen Nahrungsquellen entlangzukriechen. Die Mechanismen, mit denen F. alba in Bakterienkolonien eindringt, sind jedoch noch unbekannt. Die Schleimpilzzellen bilden mehrzellige Ranken, die sich durch mit Bakterien gefüllten Agar erstrecken, in dem „Folgezellen“ von einer einzelnen „Leiter“-Zelle geleitet werden. In diesem Zustand kommunizieren die Zellen in der Ranke – wenn eine Leitzelle eine bakterienfreie Umgebung betritt, signalisiert sie den ihr folgenden Zellen, sich umzudrehen. Krebszellen nutzen auch eine koordinierte Leader-Follower-Konfiguration, um vom Primärtumor in benachbarte Gewebe zu wandern.

Die Forscher setzten Laser ein, um die Bewegung der Leitzellen zu unterbrechen, und stellten fest, dass das Einschalten dieser Zellen die Bewegung der Ranke störte und zu Bewegungsstörungen führte. Schließlich übernahmen andere Anführerzellen die Führung und die Invasion ging weiter. Dies geschah jedoch nicht, als Folgezellen gezappt wurden, was darauf hindeutet, dass F. alba-Zellen in dieser Aggregationsphase ihres Lebens unterschiedliche Rollen zugewiesen werden.

„Es ist eine sehr wichtige und interessante Studie“, sagt Stuart Newman, ein Zellbiologe am New York Medical College, der nicht an der Studie beteiligt war, gegenüber The Scientist. „Es ist ein neues Phänomen für aggregative Mikroorganismen.“

Die Aggregation in Schleimpilzen fasziniert seit langem Wissenschaftler, die die Ursprünge der Mehrzelligkeit erforschen – das heißt, wie unsere einzelligen Vorfahren zusammenkamen, um Gewebe zu bilden, was schließlich die Entwicklung von Tieren, mehrzelligen Pilzen und Pflanzen ermöglichte.

Als die Forscher die Ranken des Schleimpilzes beobachteten, stellten sie Ähnlichkeiten in der Art und Weise fest, wie Pilze wachsen und erkunden, was darauf hindeutet, dass die beiden einen gemeinsamen Evolutionsmechanismus haben. Einige Wissenschaftler hatten die Hypothese aufgestellt, dass sich Hyphen, die fadenförmigen Strukturen, die den Hauptweg für die Erforschung von Pilzen darstellen, aus Nervenauswüchsen entwickelt haben. Das invasive Verhalten von F. alba lässt jedoch darauf schließen, dass ein „invasives Hyphennetzwerk aus Aggregationsmechanismen aufgebaut worden sein könnte“, sagt Toret.

„Wir glauben, dass Tiere sich aggregativ entwickelt haben“, sagt Toret, „jetzt glauben wir, dass sich auch die Suche auf Bäumen aggregativ entwickelt hat.“

Newman sagt, dass die invasive soziale Aggregation „dem ähnelt, was bei Krebs vor sich geht“ und dass die Studie ein Beweis dafür sei, dass „soziale Zellen ähnliche Dinge tun … aus unterschiedlichen Gründen“. Er vermutet, dass verschiedene Organismen zwar unterschiedliche Moleküle zur Aggregation verwenden, die kollektive Invasion jedoch möglicherweise eine generische Eigenschaft sozialer Zellen ist, die über evolutionäre Abstammungslinien hinweg erhalten bleibt.

Darüber hinaus, fügt Newman hinzu, zeige die Studie, dass invasives Verhalten „nicht abhängig“ von denselben Molekülen über die Abstammungslinien hinweg sei, „was ... im Widerspruch zu einigen der stark vertretenen Vorstellungen über Evolution steht.“

„Fonticula ist ein außergewöhnlich cooler und charismatischer Mikroorganismus“, schreibt Matthew Brown, ein Mikrobiologe an der Mississippi State University, der nicht an der Studie mitgearbeitet hat, in einer E-Mail an The Scientist. Obwohl er die Studie als „ausgezeichnetes Papier“ und „eine unglaubliche Beobachtung“ beschreibt, sagt er, er sei „überrascht“ gewesen, den Vergleich zwischen der kollektiven Invasion bei Krebs und F. alba zu sehen, und sagt, dass dies „ein bisschen weitreichend“ sei. " Er sagt, dass die Hypothese der Autoren eines evolutionären Zusammenhangs zwischen dem kollektiven Invasionsverhalten von F. alba und Pilzen „auch ein wenig weitreichend ist, wenn man nur weiß, dass Pilze keine Amöben sind, sondern alle Pilze umwandte Zellen sind.“

Allerdings sagt er: „Es ist definitiv eine Hypothese, die es wert ist, getestet zu werden.“