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Krebsartiges Wachstum von Schleimpilzen weist auf die Ursprünge der Vielzelligkeit hin

Wissenschaftler haben entdeckt, 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 veröffentlicht wurde Aktuelle Biologie, das Invasionsverhalten des Schleimpilzes, Fonticula alba, können Hinweise darauf enthalten, wie mehrzellige Strukturen in Pilzen und Tieren entstanden sind.

F. albadas nur einmal in der Umwelt gefunden wurde (auf einigen Hundekot aus Arkansas, damals in den 1960er Jahren), zog wenig Interesse auf sich, bis vor einigen Jahren Wissenschaftler der Universität Genf sich für seine einzigartige Position in der Evolution interessierten Baum. Während die meisten bisher charakterisierten Schleimpilze, wie z Dictyostelium spp.sind Verwandte von Tieren und Pflanzen, F. alba ist stattdessen enger mit Pilzen verwandt als andere Schleimpilze.

„Pilze und Tiere sind im Evolutionsbaum sehr eng miteinander verwandt“, sagt Chris Toret, Mikrobiologe an der Universität Genf Der Wissenschaftler. „Warum wurden die Pilze schließlich zu Pilzen und das Tier zu einem Tier? Es gibt eindeutig einige Unterschiede darin, wie sie zusammenhalten. Und deshalb wollten wir uns das anschauen [F. alba] als Modellorganismus.“

Da war wenig bekannt F. albaDas erste, was zu tun war, war, sich damit vertraut zu machen. „Ich verbrachte einige Zeit damit, herauszufinden, ‚Können wir das im Labor züchten?’“, erklärt Toret. „Schon damit begannen wir, einige interessante mehrzellige Eigenschaften zu sehen.“

Fütterungszeit für Schleim

Frühere Studien hatten einige davon charakterisiert F. albas Lebenszyklus. Wie die meisten Schleimpilze verbringt er den größten Teil seines Lebens in einer einzelligen Form als Amöbe, die sich von Bakterien ernährt. Irgendwann in seinem Lebenszyklus wird er jedoch vielzellig und verbindet sich mit anderen zu vulkanähnlichen Fruchtkörpern, die Sporen ausstoßen und dem Schleimpilz helfen, sich zu vermehren. Frühere Forscher haben beschrieben, wie andere Schleimpilze in diesem aggregierten Zustand Entscheidungen treffen und Muster erzeugen können, die U-Bahn-Systemen auffallend ähnlich sind.

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Was aber in der Literatur völlig unbeschrieben blieb, war F. albas anderes mehrzelliges Verhalten: Invasion. Das fanden Toret und seine Kollegen heraus F. alba trat erst in seinen Aggregatzustand ein, als es mit Bakterien kokultiviert wurde – in diesem Fall den gewöhnlichen Fäkalienbakterien Klebsiella-Pneumonie– das ist in einer bestimmten Phase des bakteriellen Lebenszyklus. Bakterien durchlaufen Wachstums- und Todesphasen, wachsen schnell und sterben dann ab, sobald ihre Nahrungsquellen erschöpft sind. Es war die Exposition gegenüber Bakterien in der von Knappheit getriebenen Sonnenuntergangsphase, die den Schleimpilz zur Aggregation veranlasste, 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 Veröffentlichung.

Die Forscher fanden heraus, dass in seinem invasiven sozialen Zustand F. alba fegt durch den erschöpfenden Bakterienrasen, schlemmt und sucht dabei nach neuen Nahrungsquellen. Die Forscher verglichen diesen invasiven Mechanismus damit, wie sich Krebszellen kollektiv in umliegendes Gewebe eingraben, und wie Pilze lange, verzweigte Filamente verwenden, um entlang zu kriechen und nach neuen Nahrungsquellen zu suchen F. alba eindringende Bakterienkolonien bleiben unbekannt. Die Schleimpilzzellen bilden vielzellige Ranken, die sich durch mit Bakterien gefüllten Agar erstrecken, in dem „Follower-Zellen“ von einer einzigen „Leader“-Zelle geführt werden. In diesem Zustand kommunizieren die Zellen in der Ranke – wenn eine Leitzelle in eine bakterienfreie Umgebung eintritt, signalisiert sie den ihr folgenden Zellen, umzukehren. Krebszellen verwenden auch eine koordinierte Leader-Follower-Konfiguration, um vom Primärtumor in benachbarte Gewebe zu wandern.

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Die Forscher verwendeten Laser, um die Bewegung der Leitzellen zu stören, und stellten fest, dass das Zappen die Bewegung der Ranke störte und zu einer ungeordneten Bewegung führte. Schließlich übernahmen andere Anführerzellen den Mantel und die Invasion ging weiter. Dies geschah jedoch nicht, wenn Follower-Zellen gezappt wurden, was darauf hindeutet F. alba Zellen werden während dieser aggregativen Phase ihres Lebens unterschiedliche Rollen zugewiesen.

„Das ist eine sehr wichtige und interessante Studie“, sagt Stuart Newman, Zellbiologe am New York Medical College, der nicht an der Studie beteiligt war Der Wissenschaftler„Das ist ein neues Phänomen für aggregierende Mikroorganismen.“

Evolutionäre Verbindungen

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

Als die Forscher die Ranken des Schleimpilzes beobachteten, bemerkten sie Ähnlichkeiten mit dem Wachstum und der Erforschung von Pilzen, was darauf hindeutet, dass die beiden einen evolutionären Mechanismus teilen. Einige Wissenschaftler hatten die Hypothese aufgestellt, dass Hyphen, die filamentösen Strukturen, die die Hauptmethode der Pilzforschung darstellen, sich aus neuralen Auswüchsen entwickelt haben. Aber das invasive Verhalten von F. alba schlägt stattdessen vor, dass ein „invasives Hyphennetzwerk aus Aggregationsmechanismen aufgebaut worden sein könnte“, sagt Toret.

Siehe „Schleimpilz in der Wohnung“

„Wir glauben, dass sich Tiere aggregiert entwickelt haben“, sagt Toret, „jetzt glauben wir, dass sich auch die Baumsuche aggregiert entwickelt hat.“

Newman sagt, dass die invasive soziale Aggregation „dem ähnelt, was bei Krebs vor sich geht“, und dass die Studie ein Beweis dafür ist, dass „soziale Zellen ähnliche Dinge tun . . . aus verschiedenen Gründen.” Er spekuliert, dass, während verschiedene Organismen unterschiedliche Moleküle zur Aggregation verwenden, die kollektive Invasion eine generische Eigenschaft sozialer Zellen sein könnte, die über evolutionäre Abstammungslinien hinweg erhalten bleiben.

Darüber hinaus, fügt Newman hinzu, zeigt die Studie, dass invasives Verhalten „nicht abhängig“ von denselben Molekülen über alle Abstammungslinien hinweg ist, „was . . . widerspricht einigen der stark vertretenen Ideen über Evolution.

„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 Der Wissenschaftler. Obwohl er die Studie als „ausgezeichnetes Papier“ und „eine unglaubliche Beobachtung“ bezeichnet, sagt er, er sei „überrascht“ gewesen, den Vergleich zwischen kollektiver Invasion bei Krebs und Krebs zu sehen F. alba, zu sagen, dass es “ein bisschen Reichweite” ist. Er sagt, dass die Hypothese der Autoren eines evolutionären Zusammenhangs zwischen dem kollektiven Invasionsverhalten in F. alba und Pilze sind „auch ein bisschen zu weit entfernt, nur zu wissen, dass Pilze keine Amöben sind, Pilze sind alle ummauerte Zellen.“

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

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