title: From bacterial symbiont physiology to symbiont chromosome organization
Creators: name: Viehböck, Tobias
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Neuesten Schätzungen zufolge leben etwa 10^25 Prokaryoten in Symbiose mit Tieren. Bisher wurden jedoch nur wenige tierische Symbionten hinsichtlich ihres Wachstums und ihrer Teilung auf molekularer Ebene erforscht. Diese Arbeit untersucht die Zellform, Fortpflanzungsstrategien und Chromosomenorganisation von Nicht-Modellbakterien, die auf tierischen Oberflächen leben. Die Studie ist in zwei Abschnitte unterteilt: Abschnitt I behandelt die Physiologie und Zellbiologie von Nematodensymbionten (4 Publikationen), während sich Abschnitt II mit der Zellbiologie von mehrzelligen Mundhöhlensymbionten beschäftigt (3 Publikationen). Abschnitt I konzentriert sich auf längs-teilende Gammaproteobakterien der Candidatus-Gattung Thiosymbion, die auf der Kutikula mariner Nematoden leben. Kapitel 2 und 3 untersuchen die Symbionten- und Wirtsphysiologie von Laxus oneistus - Ca. Thiosymbion oneisti unter Bedingungen, die ihrem natürlichen Lebensraum entsprechen (anoxisches sulfidisches Wasser im unteren Bereich im Gegensatz zu sauerstoffreichem Meerwasser im oberen Bereich). Dabei zeigt sich, dass sich der Symbiont unter anoxischen sulfidischen Bedingungen mehr teilt, während gleichzeitig molekulare Strategien identifiziert werden, die es dem Wirt ermöglichen, mit Anoxie umzugehen. In Kapitel 4 und 5 werden das polarisierte Zellwachstum des Wirts und die generationenübergreifend stabile Chromosomenkonfiguration in Nematodensymbionten untersucht. Abschnitt II beschäftigt sich mit multizellulären, längs teilenden Neisseriaceae (MuLDi), die ausschließlich in den Mundhöhlen von Säugetieren vorkommen. Kapitel 6 und 7 beschreiben die Morphologie und Fortpflanzungsstrategien oraler Bakterien von Land- und Meeressäugetieren. In Kapitel 6 wird die Evolution der MuLDi-Symbionten innerhalb der Neisseriaceae-Familie nachverfolgt und spezifische Gene identifiziert, die wahrscheinlich den Übergang von Stäbchen zu MuLDi vermitteln. Kapitel 8 untersucht die Chromosomenkonfiguration und -konformation von MuLDi Neisseriaceae und zeigt stabile Chromosomenkonfigurationen sowie eine durch Schleifen vermittelte Polarisierung des Symbionten-Chromatins durch Schleifen. Nicht nur das Chromosom zeigt eine Wirtspolarisation, sondern auch die Nematodensymbionten Ca. T. hypermnestrae und cuboideus sowie alle drei MuLDi Neisseriaceae weisen Fimbrien auf, die ausschließlich auf dem an den Wirt gebundenen Pol lokalisiert sind. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit führten zu sechs veröffentlichten wissenschaftlichen Originalartikeln und einem eingereichten Manuskript.
description: According to recent estimates, 10^25 prokaryotes live in association with animals. However, as of now, the growth and division of only a handful of animal symbionts has been researched in molecular detail. This thesis focuses on cell shape, reproductive strategies, and chromosome organization of non-model bacteria attached to animal surfaces. This thesis is divided into two sections, Section I pertaining nematode symbiont physiology and cell biology (4 papers) and Section II pertaining multicellular oral cavity symbiont cell biology (3 papers). Section I deals with longitudinally dividing Gammaproteobacteria from the Candidatus genus Thiosymbion, found on the cuticle of marine nematodes. In Chapters 2 and 3 by applying an extensive array of techniques to study symbiont and host physiology in the Laxus oneistus – Ca. Thiosymbion oneisti symbiosis in conditions mimicking their habitat (lower anoxic sulfidic vs. upper oxygenated sea water), we show that the symbiont proliferates more under anoxic sulfidic conditions, vice versa we identify molecular strategies allowing the host to cope with anoxia. Chapters 4 and 5 reveal host-polarized cell growth and transgenerationally stable chromosome configuration in nematode symbionts. Section II deals with multicellular longitudinally dividing (MuLDi) Neisseriaceae exclusively found in the oral cavities of mammals. Chapters 6 and 7 both describe the morphology and reproductive strategies of oral bacteria from terrestrial and marine mammals, respectively. Chapter 6 traces the evolution of MuLDi symbionts within the Neisseriaceae family, identifying specific genes likely mediating the rod-to-MuLDi transition. Chapter 8 examines the chromosome configuration and conformation of MuLDi Neisseriaceae, revealing stable chromosome configurations and loop-mediated polarization of symbiont chromatin. Not only the chromosome shows a host polarization, but also the nematode symbionts Ca. T. hypermnestrae and cuboideus, as well as all three MuLDi Neisseriaceae, display fimbriae exclusively localized on the host-attached pole. The results collected in the course of this Ph.D. study led to six published original scientific articles, and one submitted manuscript.