Studie der UC Berkeley: Algen parasitieren Korallenzellen zum Riffbau

Korallenriffe verdanken ihre Existenz möglicherweise nicht einer kooperativen Verschmelzung von Algen und Korallen, sondern einem zellulären Raubzug. Ein Forschungsteam der UC Berkeley hat im Fachjournal Cell Ergebnisse veröffentlicht, die zeigen, dass Algen Korallen besiedelten, indem sie Lysosomen – die Verdauungskompartimente innerhalb von Zellen – parasitierten, anstatt wie lange angenommen in spezialisierte Strukturen aufgenommen zu werden.

Widerlegung einer langjährigen Annahme

Die Studie unter der Leitung von Phillip Cleves, Assistenzprofessor für Molekular- und Zellbiologie in Berkeley, stellt die vorherrschende Ansicht infrage, dass Korallen Algen in sogenannte Symbiosomen aufnahmen – ein Prozess, der dem ähnelt, wie Mitochondrien und Chloroplasten zu festen Bestandteilen von Tier- und Pflanzenzellen wurden. Stattdessen argumentieren die Forscher, dass sich Dinoflagellaten-Algen so entwickelt haben, dass sie den Verdauungsenzymen in den Lysosomen widerstehen und diese feindseligen Kompartimente in ein Zuhause verwandelten.news.berkeley+1

„Parasiten bringen Zellen im Grunde dazu, das zu tun, was sie wollen. Ich glaube, genau das passiert hier“, sagte Cleves. „Die Algen kapern die Nährstoffzentren der Zellen und verhalten sich wie Nahrung, die einfach nie verdaut wird, weil sie Kohlenstoff fixieren und durch Photosynthese Glukose herstellen können. Ich sehe es wie einen niemals endenden Dauerlutscher.“phys

Sobald sie sich im Lysosom etabliert haben, absorbieren die Algen Kohlenstoff aus der Wirtszelle und setzen durch Photosynthese produzierten Zucker frei, womit sie die Koralle ernähren. Dieser Austausch ermöglichte es Korallen, in nährstoffarmen tropischen Gewässern zu gedeihen und die Riffsysteme aufzubauen, die etwa ein Viertel aller Meeresarten unterstützen.phys

Genetische Experimente enthüllen den Mechanismus

Unter Verwendung von Korallen, die in einer speziellen Salzwasser-Aufzuchtstation in der Koshland Hall in Berkeley gezüchtet wurden, isolierte das Team die Symbiosomenmembran in Anemonen und identifizierte etwa 200 Proteine, von denen viele normalerweise in Lysosomen vorkommen. Knockdown-Experimente zeigten, dass mehrere lysosomale Proteine erforderlich sind, damit Algen in diesen Kompartimenten überleben können.phys

Der Postdoktorand Shumpei Maruyama und die Doktorandin Catherine Henderson nutzten anschließend CRISPR, um einen Bicarbonat-Transporter in der riffbildenden Koralle Galaxea fascicularis auszuschalten, und zeigten damit, dass er für die Symbiose unerlässlich ist. Dieser Transporter versorgt die Algen mit Kohlendioxid, sodass die Photosynthese selbst tief in einer Korallenzelle ablaufen kann.sciencedirect+1

„Wir zeigen jetzt, dass das Symbiosom eigentlich eine Art Phagolysosom ist, was tiefgreifend ist“, sagte Cleves. „Wir glauben, dass dieses Kapern des Phagolysosoms erklärt, warum diese Algen so vielseitig darin sind, neue Symbiosen mit Korallen, Anemonen, Quallen, Muscheln und sogar Plattwürmern einzugehen.“phys

Auswirkungen auf die Korallenbleiche

Da Lysosomen bei allen Tieren konserviert sind, deutet die Entdeckung darauf hin, dass Algen lediglich eine Resistenz gegen die Verdauung entwickeln mussten, um eine breite Palette von marinen Wirten zu besiedeln – was erklärt, warum die Symbiontenfamilie Symbiodiniaceae in Organismen von Korallen bis hin zu Muscheln vorkommt. Die Arbeit eröffnet auch einen neuen Forschungsansatz zur Korallenbleiche: Eine Fehlfunktion der Symbiosomen-Proteine bei Hitzestress könnte den Zusammenbruch der Beziehung verursachen, die Riffe am Leben erhält.phys