Host microbiomes play an important role in host-parasite interaction, but few studies integrate hostparasite-microbiome tripartite interactions in the wild. In this thesis, I combine field and laboratory experiments using the water flea Daphnia to investigate the role of host microbiomes in host-parasite interactions. In Chapter I, I surveyed with my co-authors the bacterial communities of eight Daphnia galeata genotypes isolated from Lake Greifensee and found host genotype-specific variation. We additionally found no correlation between host genetic distances based on whole genome sequencing of the hosts, and bacterial community composition, suggesting that host genetic distances do not predict divergence in bacterial communities. In Chapter II, we compared the bacterial communities of Daphnia sp. in Lake Greifensee between hosts infected or not infected with the virulent, eukaryotic gut parasite Caullerya mesnili. We found that infection associates with reduced alpha diversity in the gut (the site of infection) and altered community composition in both the gut and body. In Chapter III we tested longterm dynamics of host-parasite-bacterial community associations between Daphnia and Caullerya in Lake Greifensee. For this, we compared infected and uninfected Daphnia across six natural epidemics spanning 13 years. Here we found that Daphnia bacterial community composition showed substantial temporal variation in both dominant bacterial taxa as well as rare taxa, but that infection by Caullerya only altered the composition of rare taxa. Host bacterial community composition also correlated with parasite infection prevalence, i.e. years with larger epidemics had distinct host bacterial communities than those with smaller epidemics. We further found that the environmental abiotic conditions temperature, dissolved oxygen content and cyanobacterial abundance in lake water, all previously known to drive epidemics all associated with distinct host bacterial community compositions. In Chapter IV, we tested the directionality of infection and host microbiome interaction in a laboratory experiment with Daphnia magna and the fungal parasite Metschnikowia bicuspidata. We found that initial parasite exposure drives host genotype specific changes in bacterial community compositions that correlate with the parasite's life stage. We also found that successful infection drives a loss of bacterial community diversity and abundance shifts in dominant bacterial taxa in the host gut. Overall, the results of this thesis indicate that Daphnia bacterial communities play a significant role in host-parasite interaction.
Wirtsmikrobiome spielen eine wichtige Rolle bei der Interaktion zwischen Wirt und Parasit, aber nur wenige Studien integrieren dreigliedrige Interaktionen zwischen Wirt, Parasit und Mikrobiom in freier Wildbahn. In dieser Arbeit kombinieren wir Feld- und Laborexperimente mit dem Wasserfloh Daphnia, um die Rolle von Wirtsmikrobiomen in Wirt-Parasit-Interaktionen zu untersuchen. In Kapitel I untersuchten wir die Bakteriengemeinschaften von acht Daphnia galeata-Genotypen, die aus dem Greifensee isoliert wurden, und fanden wirtsgenotypspezifische Variationen. Darüber hinaus fanden wir keine Korrelation zwischen den genetischen Distanzen der Wirte, die auf der Gesamtgenomsequenzierung der Wirte basieren, und der Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaften, was darauf hindeutet, dass die genetischen Distanzen der Wirte keine Divergenz in den Bakteriengemeinschaften vorhersagen. In Kapitel II verglichen wir die Bakteriengemeinschaften von Daphnia sp. im Greifensee zwischen Wirten, die mit dem virulenten, eukaryotischen Darmparasiten Caullerya mesnili infiziert waren und solchen, die nicht infiziert waren. Wir haben festgestellt, dass eine Infektion mit einer geringeren Alpha-Diversität im Darm (dem Ort der Infektion) und einer veränderten Zusammensetzung der Gemeinschaft sowohl im Darm als auch im Körper einhergeht. In Kapitel III untersuchten wir die Langzeitdynamik von Beziehungen zwischen Wirt, Parasit und Bakteriengemeinschaften zwischen Daphnien und Caullerya im Greifensee. Zu diesem Zweck verglichen wir infizierte und nicht infizierte Daphnien in sechs natürlichen Epidemien über einen Zeitraum von 13 Jahren hinweg. Dabei stellten wir fest, dass die Zusammensetzung der Daphnia-Bakteriengemeinschaft sowohl bei den dominanten Bakterientaxa als auch bei den seltenen Taxa erhebliche zeitliche Schwankungen aufwies, während eine Infektion mit Caullerya nur die Zusammensetzung der seltenen Taxa veränderte. Die Zusammensetzung der Wirtsbakteriengemeinschaft korrelierte auch mit der Prävalenz von Parasiteninfektionen, d. h. Jahre mit größeren Epidemien wiesen andere Wirtsbakteriengemeinschaften auf als solche mit kleineren Epidemien. Wir fanden ferner heraus, dass die abiotischen Umweltbedingungen Temperatur, Gehalt an gelöstem Sauerstoff und Cyanobakterienhäufigkeit im Seewasser, von denen bereits bekannt war, dass sie Epidemien fördern, alle mit unterschiedlichen Zusammensetzungen der Wirtsbakteriengemeinschaft verbunden sind. In Kapitel IV haben wir die Richtungsabhängigkeit der Interaktion zwischen Infektion und Wirtsmikrobiom in einem Laborexperiment mit Daphnia magna und dem Pilzparasiten Metschnikowia bicuspidata getestet. Wir fanden heraus, dass die anfängliche Exposition gegenüber dem Parasiten zu wirtsgenotypspezifischen Veränderungen in der Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaft führt, die mit dem Lebensstadium des Parasiten korrelieren. Wir fanden auch heraus, dass eine erfolgreiche Infektion zu einem Verlust der Diversität der Bakteriengemeinschaft und zu Abundanzverschiebungen bei den dominanten Bakterientaxa im Wirtsdarm führt. Insgesamt deuten die Ergebnisse dieser Arbeit darauf hin, dass Daphnien-Bakteriengemeinschaften eine bedeutende Rolle in der Wirt-Parasit-Interaktion spielen.