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Hin zum Verstehen eines ultimativ einfachen Metaorganismus: Einfluss von symbiotischen Mikroben und Algen auf die Entwicklungsprozesse von Hydra und ihrer Anpassung innerhalb des Wirts.
Zwischenartliche Interaktionen im Süßwasserpolypen Hydra zwischen symbiotischen Algen und Wirtszellen, war ein jahrzehntelanges Forschungsthema, da sie nicht nur Einblicke in das grundlegende, für Interaktionen wichtige Toolkit geben, sondern auch für das Verständnis der daraus resultierenden evolutionären Selektionsprozesse relevant sind. Ein langfristiger Erhalt von symbiotischen Verbindungen ist nicht nur in der Zweiparteieninteraktion von Hydra und symbiotischen Algen relevant, sondern auch in komplexeren Systemen mit stabil assoziierten Bakterien. Das Studium symbiotischer, zwischenartlicher Wechselwirkungen in Hydra kann daher ein paradigmatisches Beispiel für eine komplexe symbiotische Gemeinschaft sein, welche die Gesundheit und Entwicklung des Wirtes beeinflusst. Ausgehend von einem der klassischen Modellsysteme in der Entwicklungsbiologie haben wir Hydra in den letzten Jahren genutzt, um Wirt-Mikroben-Interaktionen zu erforschen. Unsere Ergebnisse haben gezeigt, dass Epithelien und Komponenten des angeborenen Immunsystems mit Hilfe eines komplexen genetischen Netzwerkes eine aktive Rolle bei der Auswahl der passenden Mikrobiota spielen. Diese Arbeit hat zu einem Paradigmenwechsel in der evolutionären Immunologie beigetragen:
Die Komponenten des angeborenen Immunsystems, mit seinen wirtsspezifischen antimikrobiellen Peptiden, scheinen sich in ursprünglichen Metazoan entwickelt zu haben um die ansässigen, vorteilhaften Mikroorganismen zu kontrollieren und nicht um sich gegen Schädlinge verteidigen zu können. Trotz all dieser Einblicke in einen letztlich einfachen Metaorganismus waren wir noch immer nicht in der Lage aus den zusammenhängenden Informationen ein mechanisches Verständnis der Wirt-Mikroben-Interaktionen zu formen. Um gemeinsame Prinzipien der Symbiogenese und ihrer Verbindungen zur Metaorganismus-Entwicklung zu verstehen untersuchen wir die Auswirkungen von symbiotischen Mikroben und Algen auf Entwicklungsprozesse in Hydra.
Die Aufklärung dieser Fragen wird nicht nur zu unserem Verständnis der genetischen Basis der mikrobiellen Artenbildung und der Anpassung innerhalb der eukaryotischen Wirte beitragen, sondern auch konzeptionelle Einblicke in die Wirkung von nützlichen Mikroben auf die Wirtsentwicklung und die Komplexität von Wirt-Mikroben-Interaktionen im Allgemeinen geben.
Wissenschaftler
Alumni
Publikationen
2019
FeaturedAdvancing our functional understanding of host–microbiota interactions: a need for new types of studies
He J, Lange J, Marinos G, Bathia J, Harris D, Soluch R, Vaibhvi V, Deines P, Hassani MA, Wagner K-S, Zapien‐Campos R, Jaspers C, Sommer F (2019) BioEssays, 1900211 (1-5). doi: 10.1002/bies.201900211
FeaturedComparative analysis of amplicon and metagenomic sequencing methods reveals key features in the evolution of animal metaorganisms
Rausch P, Rühlemann M, Hermes BM, Doms S, Dagan T, Dierking K, Domin H, Fraune S, von Frieling J, Hentschel U, Heinsen F-A, Höppner M, Jahn MT, Jaspers C, Kissoyan KAB, Langfeldt D, Rehman A, Reusch TBH, Roeder T, Schmitz RA, Schulenburg H, Soluch R, Sommer F, Stukenbrock E, Weiland-Bräuer N, Rosenstiel P, Franke A, Bosch T, Baines JF (2019) Microbiome, doi: 10.1186/s40168-019-0743-1
FeaturedTemperature and insulin signaling regulate body size in Hydra by the Wnt and TGF-beta pathways
Mortzfeld BM*, Taubenheim J*, Klimovich AV, Fraune S, Rosenstiel P, Bosch TCG (2019) Nature Communications 10, 3257. doi: 10.1038/s41467-019-11136-6
FeaturedTransgenesis in Hydra to characterize gene function and visualize cell behaviour.
Klimovich A, Wittlieb J, Bosch TCG (2019) Nat. Protoc., 1-24. doi: 10.1038/s41596-019-0173-3
The microbiome mediates environmental effects on ageing
Finlay B, Pettersson S, Melby M, Bosch TCG (2019) BioEssays, 1800257, 1-7; doi: 10.1002/bies.201800257
Evolutionary “experiments” in symbiosis: the study of model animals provides insights into the mechanisms underlying diversity of host-microbe interactions
Bosch TCG, Guillemin K, McFall-Ngai M (2019) BioEssays, 1800256 (1-8). doi: 10.1002/bies.201800256
2018
Functions of the Microbiota for the Physiology of Animal Metaorganisms
Esser D, · Lange J, · Marinos G, · Sieber M, Best L, Prasse D, Bathia J, Rühlemann MC, Boersch K, Jaspers C, Sommer F (2018) J Innate Immun DOI: 10.1159/000495115
Hydra as Model to Determine the Role of FOXO in Longevity
Bosch TCG (2018); Methods Mol Biol. 1890:231-238. doi: 10.1007/978-1-4939-8900-3_19
Metabolic co-dependence drives the evolutionarily ancient Hydra-Chlorella symbiosis.
Hamada M, Schröder K, Bathia J, Kürn U, Fraune S, Khalturina M, Khalturin K, Shinzato C, Satoh N, Bosch TC (2018); Elife 7. pii: e35122. doi: 10.7554/eLife.35122
Grow With the Challenge – Microbial Effects on Epithelial Proliferation, Carcinogenesis, and Cancer Therapy
Von Frieling J, Fink C, Hamm J, Klischies K, Forster M, Thomas C. G. Bosch TCG, Roeder T, P Rosenstiel P, Sommer F (2018); Front. Microbiol. doi: 10.3389/fmicb.2018.02020
Non-senescent Hydra tolerates severe disturbances in the nuclear lamina.
Klimovich A, Rehm A, Wittlieb J, Herbst EM, Benavente R, Bosch TCG (2018); Aging (Albany NY) 10(5):951-972. doi: 10.18632/aging.101440
Rethinking the Role of the Nervous System: Lessons From the Hydra Holobiont.
Klimovich AV, Bosch TCG (2018); Bioessays 40(9):e1800060. doi: 10.1002/bies.201800060
Stem cell transcription factor FoxO controls microbiome resilience in Hydra.
Mortzfeld B M, Taubenheim J,Fraune S, Klimovich A V, Bosch T C G (2018); Front Microbiol., doi: 10.3389/fmicb.2018.00629
Metaorganisms in extreme environments: do microbes play a role in organismal adaptation?
Bang C, Dagan T, Deines P, Dubilier N, Duschl W J, Fraune S, Hentschel U, Hirt H, Hülter N, Lachnit T, Picazo D, Galan P L, Pogoreutz C, Rädecker N, Saad M M, Schmitz R A, Schulenburg H, Voolstra C R, Weiland-Bräuer N, Ziegler M, Bosch T C G (2018); Zoology, doi: 10.1016/j.zool.2018.02.004
How the microbiome challenges our concept of self.
Rees T, Bosch T G C, Douglas A E (2018); PloS Biol., 16(2):e2005358. doi:10.1371/journal.pbio.2005358
2017
Temperate phages as self-replicating weapons in bacterial competition.
Li XY, Lachnit T, Fraune S, Bosch T C G, Traulsen A, Sieber M (2017); J R Soc Interface, 14(137). doi: 10.1098/rsif.2017.0563
Spontaneous body contractions are modulated by the microbiome of Hydra.
Murillo-Rincon A P, Klimovich A, Pemöller E, Taubenheim J, Mortzfeld B, Augustin R, Bosch T C G (2017); Scientific Reports, 7(15937). doi:10.1038/s41598-017-16191-x
FeaturedA secreted antibacterial neuropeptide shapes the microbiome of Hydra.
Augustin R, Schröder K, Murillo Rincón A P, Fraune S, Anton-Erxleben F, Herbst E M, Wittlieb J, Schwentner M, Grötzinger J, Wassenaar T M, Bosch T C G (2017); Nat Commun., 8(1):698. doi: 10.1038/s41467-017-00625-1
2016
The Origin of Mucosal Immunity: Lessons from the Holobiont Hydra.
Schröder K, Bosch T C (2016); MBio., 7(6):e01184-16. doi: 10.1128/mBio.01184-16
Transitioning from Microbiome Composition to Microbial Community Interactions: The Potential of the Metaorganism Hydra as an Experimental Model.
Deines P, Bosch T C G (2016); Front. Microbiol., 7:1610. doi: 10.3389/fmicb.2016.01610