Unraveling predatory-prey interactions between bacteria

Seccareccia, Ivana GND

It is known for decades that certain bacteria are capable to use other bacteria as nutrient sources. As a matter of fact, predatory behavior is not uncommon in prokaryotes. Predatory bacteria were found both in terrestrial and in aquatic habitats. To date, however, only a few of these micropredators have been thoroughly characterized with regard to their ecology and predation strategies. In this study, various aspects of the predatory behavior of the hitherto hardly investigated genera Lysobacter and Cupriavidus should be explored. The first goal was to develop tools for investigating the predatory performance of Lysobacter and Cupriavidus strains under laboratory conditions. Since predatory bacteria pursue many different hunting strategies, the design of a generally applicable assay was challenging. Available predation assays are tailored to predator-specific features, such as growth rate, motility and prey range. The best characterized facultative predators are myxobacteria and several predation assays have been established for this bacterial group. Because myxobacterial predation assays were found to be not suitable for testing of Lysobacter and Cupriavidus strains, an alternative predation assay was developed that provides quantitative data on the reduction of bacterial prey and the concomitant growth of the predator. For this purpose, as prey, soil bacteria that produce distinctive pigments or harbor specific antibiotic resistant gene were selected. Following a defined period in which the prey bacteria were incubated together with the predator, the individual populations could easily be distinguished based on the colors of their colonies or antibiotic resistance after plating. With CFU-based predation assay the predatory activity of both genera was verified. Lysobacter spp. and Cupriavidus spp. were shown to consume both Gram-negative and Gram-positive bacteria. The second aim was to identify factors that trigger and promote predatory activity. Using the CFU-based predation assay, it was confirmed that the selected Lysobacter spp. were effectively feeding on both Gram-positive and Gram-negative prey under nutrient-deficient conditions.

Seit Jahrzehnten ist bekannt, dass bestimmte Bakterien in der Lage sind, ihresgleichen als Nahrungsquelle zu nutzen. Tatsächlich ist räuberisches Verhalten bei Prokaryoten nicht ungewöhnlich. Räuberische Bakterien konnten sowohl in terrestrischen wie auch in aquatischen Habitaten nachgewiesen werden. Bislang sind jedoch nur wenige dieser Mikroprädatoren hinsichtlich ihrer Ökologie und ihres Jagdverhaltens näher charakterisiert worden. In dieser Arbeit sollten verschiedene Aspekte des räuberischen Verhaltens der bislang kaum beachteten Gattungen Lysobacter und Cupriavidus erforscht werden. Das erste Ziel war die Entwicklung von Methoden, um das räuberische Verhalten von Lysobacter- und Cupriavidus-Stämmen unter Laborbedingungen untersuchen zu können. Da räuberische Bakterien unterschiedliche Jagdstrategien verfolgen, stellte die Entwicklung eines allgemein einsetzbaren Assays eine Herausforderung dar. Verfügbare Prädationsassays sind i.d.R. auf spezifische Räuber zugeschnitten. Sie sind auf die jeweilige Wachstumsrate, Motilität und das Beutespektrum optimiert. Die am besten charakterisierten fakultativen Räuber sind Myxobakterien, für die auch zahlreiche Prädationsassays etabliert worden sind. Da sich diese Assays für die Testung von Lysobacter- und Cupriavidus-Stämmen als ungeeignet erwiesen haben, wurde ein alternativer Assay entwickelt, mit dem quantitative Daten zur Tötung der bakteriellen Beute und zeitgleich zum damit einhergehenden Wachstum des Räubers erhoben werden können. Zu diesem Zweck wurden Bodenbakterien, die bestimmte Pigmente produzieren oder spezifische Antibiotika-resistente Gene haben, als Beute ausgewählt. Beute und Räuber wurden über einen definierten Zeitraum zusammen inkubiert. Nach Ausplattierung konnten die einzelnen Populationen leicht auf Grund der Koloniefarbe oder Antibiotikaresistenz unterschieden werden. Mit dem CFU-basierten Prädationsassay wurde die räuberische Aktivität beider Gattungen verifiziert. Lysobacter spp. und Cupriavidus spp. fraßen sowohl Gram negative als auch Gram positive Bakterien.

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Seccareccia, Ivana: Unraveling predatory-prey interactions between bacteria. Jena 2016.

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