Der Regenwurm in neuem Licht

Unser Verständnis der chemischen Interaktionen zwischen kleinen Tieren und Mikroorganismen, die sich in ihrem Körper aufhalten, ist extrem begrenzt. Diese Wissenslücke hat ihren Ursprung in einer methodischen Herausforderung: Um die grundlegenden Abläufe von Tier-Mikroben-Symbiosen aufzudecken, müssen wir verstehen welche chemischen Stoffe von den einzelnen Partnern wo produziert werden. Der Kern dieser Herausforderung ist es aber nicht nur bildlich darzustellen wie Moleküle auf Mikrometerebene verteilt sind. Es ist auch fast unmöglich, die chemischen Bilder bisheriger Methoden richtig zu interpretieren, wenn unbekannt ist, ob, wo und mit welchen nützlichen oder pathogenen Mikroben oder sogar tierischen Parasiten ein Gewebe infiziert ist.

Eine mögliche Lösung bietet die neue Kombination hochauflösender Bildgebungsverfahren, wie das Forschungsteam nun gezeigt hat. „Wir stellen in unserer Studie die Chemo-Histotomografie vor, eine besondere dreidimensionale Darstellung von Chemie und Anatomie millimetergroßer Tiere und ihrer Parasiten auf zellulärer Ebene“, sagt Benedikt Geier, Erstautor der Untersuchung. „Diese Methode bietet eine neue Möglichkeit, Produkte des Stoffwechsels in Kleintiersymbiosen zu visualisieren und somit die Chemie dem tierischen Wirt und seinen mikrobiellen Partnern im Mikrometerbereich räumlich zuzuordnen.“

Die Chemo-Histotomografie, von den Forschenden kurz CHEMHIST genannt, besteht aus der Kombination von Mikro-Computertomografie und bildgebender MALDI-Massenspektrometrie. Die hochauflösende Mikro-Computertomografie ist nicht-invasiv und ermöglicht eine 3D Darstellung von Histologie, die aus einer Vielzahl von Röntgenbildern einer Probe rekonstruiert wird. Die bildgebende MALDI-Massenspektrometrie wiederum ist das derzeit leistungsfähigste Werkzeug, um mikrometergroße, natürliche Verteilungen von Stoffwechselprodukten zu visualisieren und um die chemischen Profile ihrem Produktionsort und möglicher Weise ihrem Produzenten zuzuordnen.

„Dieser Fortschritt ermöglichte es uns, einen Regenwurm aus der Umwelt zu nehmen und einen 3D-Atlas seiner chemischen und physikalischen Wechselwirkungen mit Mikroorganismen zu erstellen, die natürlich in seinem Gewebe vorkommen“, sagt Manuel Liebeke, Leiter der Forschungsgruppe Metabolische Interaktion und Betreuer der Studie. „Wichtig zu erwähnen ist hierbei auch, dass uns nicht nur die Biologie des Regenwurms interessiert. Eines unserer Hauptziele war es, CHEMHIST auch auf Tiere anwendbar zu machen, die direkt ihrem natürlichen Lebensraum entnommen wurden und essentiell für die Symbioseforschung sind.“ CHEMHIST übertrifft bisher vergleichbare Anwendungen, die für die medizinische Forschung an Mäusen entwickelt wurden, bei einer bis zu zwei Größenordnungen höheren Auflösung. Dies kann auch neue Türen für die Forschung an Insekten oder Korallen eröffnen, die an Land wie im Wasser Schlüsselmodelle der Symbioseforschung darstellen