Interview

Die Pflanze im Tier

AcademiaNet-Interview mit Dr. Annika Guse

7. 6. 2017 | Die Molekularbiologin Annika Guse tauchte 2013 sozusagen als Quereinsteigerin ins Forschungsgebiet der marinen Biologie ein, und hat sich mit ihren Arbeiten an der Seeanemone Aiptasia schnell einen Namen im Feld gemacht. Mit uns spricht sie über Korallen, Symbiose und über ihre Feldarbeit in Japan.
Dr. Annika Guse
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(© Dr. Annika Guse)


Dr. Annika Guse

AcademiaNet: Ihr Labor untersucht Symbiosen - den beiderseits vorteilhaften Zusammenschluss zweier Arten - an Algen und Seeanemonen. Wie würden Sie ihre Forschung beschreiben?


Dr. Guse: Ganz prinzipiell interessieren wir uns für Korallensymbiose. Korallen sind Tiere, und Korallenriffe wachsen in sehr nährstoffarmen Gebieten. Um in diesen Regionen zu überleben, formen sie eine Symbiose. Sie leben zusammen mit einer Alge, die aus Sonnenenergie zum Beispiel Zucker erzeugen kann. Die Alge lebt dabei in den Korallenzellen, macht Photosynthese und gibt Energie an den Wirtsorganismus ab – und dadurch können diese Organismen dann gemeinsam überleben.


Wir arbeiten mit einer marinen Seeanemone als Modellsystem für Korallen. Das hat mehrere Gründe. Korallen an sich sind geschützt – man kann sie nicht einfach nach Belieben aus dem Meer sammeln. Sie sind außerdem schwer im Aquarium zu halten und es dauert sehr lange bis sie fortpflanzungsreif sind. Deswegen nehmen wir die marinen Seeanemonen als eine Art Proxy. Für Aiptasia haben wir uns entschieden, weil sie mit genau den gleichen Algen wie die Korallen in Symbiose lebt.


Unsere Seeanemonen wachsen sehr schnell – sie sind unter Aquarianern sogar als Pest bekannt. Sie vermehren sich asexuell, man kann also aus einem Tier tausend Tiere machen, die genetisch identisch sind. Wir arbeiten mit "klonalen Linien" von Aiptasia, die von einzelnen Tieren stammen – und auch von anderen Laboren weltweit benutzt werden. So können wir wirklich den Einfluss von einzelnen Genen auf bestimmte Experimente oder Prozesse analysieren.


Wie kann man sich diese asexuelle Fortpflanzung vorstellen?


Jede marine Seeanemone hat einen Fuß, einen Stamm und Tentakeln. Zur asexuellen Vermehrung, schnüren sich am Fuß kleine Zellhaufen ab, und aus denen entwickelt sich dann innerhalb von circa einer Woche eine kleine Seeanemone – in gewisser Weise wie Baby-Kakteen, die sich von der Mutterpflanze abschnüren.


Was sind ihre Forschungsschwerpunkte?


Wofür wir uns im Labor besonders interessieren ist die Symbiose-Etablierung. Die meisten Korallen produzieren nicht-symbiotische Larven. Sie vermehren sich sexuell – es gibt Männchen und Weibchen, und daraus entstehen Larven. Die müssen die Symbionten aus der Umwelt aufnehmen. Das passiert bei Korallen nur ein einziges Mal im Jahr, und es korreliert mit dem Vollmond und mit Frühling. Nur einmal im Jahr hat man also die Chance, Material zu sammeln. Bei der marinen Seeanemone, mit der wir arbeiten, können wir das Ganze im Labor rekapitulieren: wir induzieren die sexuelle Reifung und die Gametenabgabe mit Blaulicht-LEDs. So können wir jede Woche Nachkommen erzeugen und mit denen Experimente machen. Die Larven schwimmen herum und nehmen die Symbionten auf. Die sind sehr klein, so dass wir sie einfach unter das Mikroskop legen und den Prozess beobachten können.


Wir untersuchen dann an diesen Larven fundamentale Aspekte dieser Symbiose-Etablierung. Fragen, die uns beschäftigen, sind: Wie werden die Symbionten erkannt? Welche molekularen Mechanismen und Schlüsselmoleküle sind verantwortlich, um die Fremdorganismen aufzunehmen? Dann interessieren wir uns auch für den Nährstoffaustausch und die Zell-Zell-Interaktion zwischen diesen sehr unterschiedlichen Zellen. Im Prinzip ist es eine tierische und eine pflanzliche Zelle, die zusammen eine Einheit bilden.


Die Alge lebt also im Inneren der Koralle. Sie ist aber ein Fremdorganismus – ein Eindringling. Warum sieht die Korallenzelle die Alge dann nicht als mögliche Gefahr und bekämpft sie?


Das ist eine der interessanten, noch offenen Fragen. Normalerweise würde eine tierische Zelle mit ihrem Immunsystem Eindringlinge verdauen. Der Symbiont vermeidet das aber. Es gibt verschiedene Theorien, wie er das macht. Die meisten Leute glauben, der Mechanismus ist ähnlich wie bei Parasiten. Viele intrazelluläre Pathogene, zum Beispiel der Malaria-Erreger Plasmodium, haben Mechanismen entwickelt, um die Wirtszelle aktiv zu manipulieren und diesem Verdau entgegenzuwirken. Es kann sein, dass der Symbiont das ähnlich macht. Es kann aber auch sein, dass er als etwas Positives erkannt wird, weil er Nährstoffe abgibt und so in der Zelle verbleibt. Das ist etwas, das wir gerne klären wollen.


Ein Teil ihrer Forschung beschäftigt sich auch mit den Korallen selbst. Woher kommen Ihre Versuchstiere?


Die Anemonen halten wir in Inkubatoren unter kontrollierter Temperatur und Beleuchtung. Wir machen zusätzlich vergleichende Forschung mit Korallen. Dazu reisen wir einmal pro Jahr mit einem japanischen Kollaborateur nach Okinawa in Japan – genau dann, wenn die Korallen sich vermehren. Wir gehen dort schnorcheln und sammeln im Meer Korallen. Dann setzen wir sie kurz vor dem erwarteten "Laichdatum" in spezielle Becken und warten, bis sie ihre Gameten abgeben. Die Larven sammeln wir dann für unsere Experimente ein. Es dauert mehrere Tage, bevor sie sich voll entwickelt haben, und dafür bereit sind.


Die japanischen Kollegen nehmen die Proben dann mit zurück nach Tokyo, für uns ist das aber schwieriger: Die Korallen brauchen natürliches Seewasser, was wir in Heidelberg nicht einfach vor Ort haben. Außerdem dauert der Flug recht lange und ist beschwerlich für die Tierchen. Letztes Mal hatten wir Probleme: da ist es im Flugzeug wahrscheinlich zu kalt geworden, und das mochten sie nicht. Deshalb machen wir wichtige Experimente gleich in Japan – wir sind also relativ lange dort.


Schnorcheln im Korallenriff
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(© Dr. Annika Guse)


Schnorcheln im Korallenriff | Ein Bild aus der persönlichen Sammlung von Dr. Guse.

Ist die Feldarbeit eine Herausforderung?


Es ist sehr aufwändig. Alle denken: Ach, Urlaub in den Tropen! …Aber eigentlich ist es extrem anstrengend, man arbeitet bis zu 16 Stunden-Tage und Zeit und Ressourcen sind immer limitiert. Außerdem macht Feldarbeit nicht jedem Spaß – das hat mich verwundert, denn ich mache es sehr gerne.


Sobald man zurück ins Labor kommt, weiß man immer genau, warum man eigentlich Laborarbeit macht – denn meistens geht bei den Feld-Trips etwas schief. Man muss sich darauf einstellen, dass die Experimente, die man so lange geplant hat, nicht so funktionieren, wie man gedacht hat: Einmal hat man nicht lange genug Zeit, eine Probe fällt runter oder die Koralle gibt die Gameten nicht ab, wenn man sie braucht. Man muss einfach flexibel sein, und einen Plan B haben.


Welche Fragestellung wollen Sie als nächstes untersuchen?


Wir wollen die molekularen Mechanismen der Aufnahme der Symbionten – der Phagozytose – genauer untersuchen. Wir wollen auch unser experimentelles Modell noch weiter entwickeln, besonders im Bezug auf "Live Imaging" – damit wir uns diese Prozesse live angucken können. Wir arbeiten mit Hochdruck daran, die Anemonen auch genetisch manipulierbar zu machen und haben schon große Fortschritte gemacht. Wir können "Mikroinjizieren", also RNA- oder DNA-Moleküle in den Embryo einbringen, und dann bestimmte Gene untersuchen.


Ein Problem gibt es aber noch in unserem System: Wir haben den Lebenszyklus der Anemone noch nicht geschlossen. Sprich: wir können jede Woche Larven produzieren und die Anemone asexuell reproduzieren. Aber bis jetzt haben wir es noch nicht geschafft die spezifischen Signale zu identifizieren, die bei den Larven die Metamorphose induzieren, so dass sie sich zu festsitzenden Anemonen entwickeln. Mehrere Labore arbeiten daran, sie zu entschlüsseln, bisher aber ohne Erfolg. In unserem Forschungsfeld ist das eines der großen Themen – und auch eine der Sachen, die wir in Zukunft angehen wollen.


Wie erholen Sie sich von Ihrem anspruchsvollen Arbeitsalltag?


Ich jogge mehr oder weniger regelmäßig. Ich koche gerne und treffe mich mit Freunden. Ansonsten kümmere ich mich um mein Aquarium, und ich gehe wann immer ich kann schnorcheln und tauchen. Mein Job ist ja fast wie ein Hobby – so kommt es mir zumindest oft vor!



Die Fragen stellte Michaela Maya-Mrschtik für AcademiaNet.


  (© AcademiaNet)

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