Die Multidimensionalität sozialer Interaktionen in Pseudomonas-Gemeinschaften

• Antragsteller: Dr. Jos Kramer
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405325560

Kooperation ist ein Grundmerkmal des Lebens das nicht nur bei höheren Tieren auftritt, sondern auch bei einer Vielzahl von Mikroorganismen. Diese Kleinstlebewesen kooperieren häufig durch die Sekretion von Verdauungsenzymen, Biotensiden, Chelatbildner und anderen kostspieligen Metabolite. Diese Metabolite sind oft nicht nur für den Produzenten selbst, sondern auch für andere Individuen nutzbar. Sie stellen dann „öffentliche Güter“ dar, und können die Produktivität – und deshalb möglicherweise sogar die Stabilität – von Bakteriengemeinschaften erheblich steigern. Kooperation durch Sekretion öffentlicher Güter ist aber auch anfällig für "Betrug", da diese Güter auch von Individuen genutzt werden können, die selbst nichts zu deren Bestand beitragen. Mittlerweile wurden in zahlreichen Studien Mechanismen nachgewiesen, die Kooperation trotz dieses „sozialen Dilemmas“ fördern. Diese Studien konzentrieren sich jedoch oft auf wenige Bakterienstämme und deren Investitionen in ein einziges öffentliches Gut. Natürliche Bakteriengemeinschaften zeichnen sich dagegen durch simultane Interaktionen mehrerer Stämmen aus, die gleichzeitig in mehrere öffentliche Güter investieren. Es ist deshalb bisher ungeklärt, wie die Auswirkungen derart überlagerter sozialer Dilemmas die Stabilität bakterieller Gemeinschaften und die Evolution sozialer Merkmale unter natürlichen Bedingungen beeinflussen.Das hier beschriebene Forschungsprojekt stellt einen ersten Schritt zur Lösung dieser Fragen dar. Darin schlage ich vier Experimente vor, die auf natürlichen Gemeinschaften von Pseudomonas-Bakterien basieren, und gemeinsam Aufschluss über die komplexen sozialen Interaktionen zwischen den einzelnen Bakterienstämmen geben werden. In einem ersten Experiment habe ich (1) die einzelnen Stämme auf ihre Fähigkeit hin untersucht, drei wichtige öffentliche Güter produzieren zu können: Pyoverdin, ein Siderophor zur Aufnahme von Eisen; Proteasen zur Verdauung von Proteinen außerhalb der Zelle; und Biotenside zur Bewegung auf Oberflächen. Nun werde ich (2) feststellen, ob diese Stämme die öffentlichen Güter anderer Stämme nutzen können. Dazu werde ich prüfen, ob Nicht-Produzenten eines bestimmten öffentlichen Guts von dem durch andere Gemeinschaftsmitglieder produzierte Gut profitieren können. Danach werde ich (3) das Wesen der sozialen Interaktionen zwischen Stämmen aufzeigen, die unterschiedliche öffentliche Güter produzieren. Dazu werde ich untersuchen, ob diese Stämme durch das Ausbeuten des öffentlichen Guts des jeweils anderen Stamms konkurrieren, oder aber durch den beiderseitig vorteilhaften Austausch der Güter kooperieren. Schließlich werde ich (4) feststellen, ob Stamm-spezifische Unterschiede in der Produktion verschiedener öffentlicher Güter die Stabilität von Bakteriengemeinschaften unter unterschiedlichen Bedingungen erhöhen oder verringern. Zusammengenommen werden diese Experimente zeigen, wie der Widerstreit zwischen Kooperation und Konflikt in der Natur gelöst ist.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Gastgeber: Professor Dr. Rolf Kümmerli