Proteogenomische Charakterisierung der Endosymbionten des Schiffsbohrwurms Teredo navalis
Die Schiffsbohrwürmer (Teredinidae) (Turner, 1966) sind, anders als ihr Name vermuten lässt, keine Würmer, sondern eine Familie holzbohrender Muscheln (Bivalvia) innerhalb des Stammes der Weichtiere (Mollusca). Sie beherbergen in einer speziellen Struktur in ihren Kiemen (Deshayes-Drüse) endosymbiontische Gammaproteobakterien mit der Fähigkeit zum Celluloseabbau und zur Stickstofffixierung (Waterbury et al., 1983).
Der Schiffsbohrwurm Teredo navalis LINNAEUS, 1758 (Abb. 1) ist weltweit verbreitet und beschädigt bzw. zerstört durch seine Bohraktivität (Abb. 2) regelmäßig hölzerne Strukturen der Nord- und Ostseeküste Deutschlands. Ihm kommt eine besondere Bedeutung zu, da er die bislang einzige bekannte Art dieser Familie ist, die es geschafft hat als marine Spezies in das Brackwasser der Ostsee vorzudringen (Sordyl et al., 1998). Teredo navalis zählt damit zu den 100 invasivsten fremden Arten in Europa, wobei der Ursprungsort bisher unbekannt ist (kryptogene Art) (Gollasch, 2009).
Abb. 1. Der Schiffsbohrwurm Teredo navalis teilweise aus seiner hölzernen Behausung exponiert.
Speziell hölzerne Buhnen sind vom Befall durch Teredo navalis betroffen und deren Sanierung verursacht Kosten in zweistelliger Millionenhöhe (Staatliches Amt für Umwelt und Natur Rostock, Abteilung Küste, o. J.). Aber nicht nur Strukturen des Küstenschutzes, sondern auch kulturhistorisch wertvolle Güter wie hölzerne Schiffswracks, die zu Tausenden auf dem Grund der Ostsee liegen, werden immer häufiger durch den Schiffsbohrwurm befallen.
Abb. 2. Illustration des Befalls von Holz durch einen Schiffsbohrwurm (Familie Teredinidae). (A) Späte Veliger-Larve, (B-D) Pediveliger-Larve, kriechendes und bohrendes Stadium, (E) Eindringen einer Larve ins Holz, (F-I) Schiffsbohrwürmer in ihren Bohrungen. Modifiziert nach Nair und Saraswathy (1971).
Die Symbiose-Forschung hat in den letzten 50 Jahren ein rasantes Wachstum erfahren. Sie verflechtet die verschiedenen Ebenen biologischer Analyse über Domänengrenzen hinaus (McFall-Ngai, 2008) und erlaubt so die Interaktionen der beteiligten Partner zu verstehen. Im Rahmen dieser Promotion soll mit Hilfe metagenomischer und metaproteomischer Analysen ein besseres Verständnis der Symbiose zwischen dem Schiffsbohrwurm Teredo navalis und seiner bakteriellen Symbionten erreicht werden. Im Vordergrund stehen dabei Untersuchungen zu technisch interessanten Enzymen (insbesondere Cellulasen für die Fermentation von pflanzlicher Biomasse zu Biokraftstoff oder als Bestandteil von Waschmitteln) sowie zu potenziellen Sekundärmetaboliten-Genclustern der Symbionten.
Ziel ist es, die Endosymbionten nach erfolgreicher Präparation des Wirtstieres mit Hilfe der Dichtegradientenzentrifugation möglichst vollständig von diesem zu trennen, um anschließend die DNA und die Proteine dieser Proben zu isolieren. Mit Hilfe der 454-Pyrosequenzierung soll dann ein möglichst vollständiges Bild der potenziellen Fähigkeiten der Symbionten erstellt werden. Dieses ist unentbehrliche Grundlage für die Untersuchung des Metaproteoms, das mit der etablierten ein- bzw. zweidimensionalen Polyacrylamid-Gelelektrophorese (1D/2D-PAGE) in Kombination mit LC-MS bzw. MALDI-TOF-Massenspektrometrie erschlossen werden soll. Unterstützt werden sollen die Meta-Studien durch Proteomanalysen des kultivierbaren Isolates TN10130, welches aus dem Schiffsbohrwurm Teredo navalis isoliert wurde.