Dr. Daniel Benesh

Dr. Benesh erforscht die Lebenszyklen parasitischer Würmer, insbesondere wie und warum diese Parasiten mehrere Wirte nacheinander befallen, bevor sie sich fortpflanzen. Sein Fokus liegt auf der Frage, wie solche komplexen, mehrstufigen Infektionswege evolutionär entstanden sind und welche genetischen Mechanismen die Anpassung an verschiedene Wirte ermöglichen. Für Unternehmen und öffentliche Institutionen im Bereich Veterinärmedizin, Aquakultur und Landwirtschaft kann dieses Verständnis konkret bei der Kontrolle von Parasitosen und der Optimierung von Tierhaltungssystemen helfen. Die Forschung trägt auch zu grundlegenden Erkenntnissen über Infektionsdynamiken bei, die für Prävention und Management von Parasitenkrankheiten relevant sind.

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• Die Lebenszyklen von parasitischen Würmern - von makroevolutionären Mustern bis zur Genetik der Anpassung

  Quelle ↗

  Viele Parasiten haben komplexe Lebenszyklen, in denen sie mehrere Wirte nacheinander infizieren, bevor sie sich fortpflanzen. Diese Lebenszyklen sind verblüffend, weil sie riskant wirken. Wenn die Anzahl der aufeinander folgenden Wirte in einem Lebenszyklus zunimmt, steigt auch das Risiko, nicht in den nächsten Wirt zu gelangen und somit den Zyklus nicht zu vollenden. Zusätzlich müssen sich solche Parasiten an unterschiedliche Wirtsphysiologien, Immunsysteme und oft Umgebungstemperaturen anpassen (z.B. wenn sie von Kaltblütern zu Warmblütern wechseln). Was sind die ausgleichenden Vorteile, die die Entstehung und den Fortbestand von komplexen Lebenszyklen in verschiedenen Parasiten-Taxa erklären? Und welche genetischen Veränderungen ermöglichen einen solchen Lebensstil? Um diese Fragen zu beantworten, schlage ich zwei einander ergänzende Projekte vor: (i) artübergreifende Vergleichsanalysen und (ii) genomische und transkriptomische Vergleiche. Ich habe eine umfassende Datenbank der Lebenszyklen von parasitischen Würmern zusammengestellt, die fast 1000 Arten beinhaltet. Diese Datenbank wird verwendet, um Hypothesen zur Evolution der Lebenszyklen zu testen, wie beispielsweise, ob Parasiten mit komplexen Lebenszyklen größer werden oder ein breiteres Spektrum von Wirtstaxa infizieren. Diese Analysen werden wesentliche Unterschiede zwischen Parasiten mit einfachen und komplexen Lebenszyklen identifizieren. Weiterhin soll untersucht werden, wie sich solche Unterschiede in den Genomen von Parasiten manifestieren. Hierzu werden existierende Daten verwendet, um nach gemeinsamen genomischen Mustern in unabhängigen Abstammungslinien zu suchen, die andeuten würden, dass es allgemeine Lösungen für die Probleme gibt, die mit komplexen Lebenszyklen einhergehen. Zu diesen Mustern könnten unter anderem die Erweiterung von Genfamilien oder die Zunahme von alternativem Spleißen gehören. Dazu kommen transkriptomische Experimente, die bestimmen sollen, wann und in welchem Ausmaß Parasitenstadien in verschiedenen Wirten genetisch "entkoppelt" sind, d.h. ob die genetische Veränderung in einem Parasitenstadium in einem Wirt auch Auswirkungen auf andere Stadien in anderen Wirten hat. Mit der Kombination von phänotypischen, genomischen und transkriptomischen Vorgehensweisen möchte ich klären, warum (Vor- und Nachteile) und wie (Mechanismen der genetischen Anpassung) sich diese komplexe Lebenszyklen entwickelt haben.

• Life‐cycle complexity in helminths: What are the benefits?

  2021

  Evolution · DOI

  Parasitic worms (i.e., helminths) commonly infect multiple hosts in succession. With every transmission step, they risk not infecting the next host and thus dying before reproducing. Given this risk, what are the benefits of complex life cycles? Using a dataset for 973 species of trophically transmitted acanthocephalans, cestodes, and nematodes, we tested whether hosts at the start of a life cycle increase transmission and whether hosts at the end of a life cycle enable growth to larger, more fecund sizes. Helminths with longer life cycles, that is, more successive hosts, infected conspicuously smaller first hosts, slightly larger final hosts, and exploited trophic links with lower predator-prey mass ratios. Smaller first hosts likely facilitate transmission because of their higher abundance and because parasite propagules were the size of their normal food. Bigger definitive hosts likely increase fecundity because parasites grew larger in big hosts, particularly endotherms. Helminths with long life cycles attained larger adult sizes through later maturation, not faster growth. Our results indicate that complex helminth life cycles are ubiquitous because growth and reproduction are highest in large, endothermic hosts that are typically only accessible via small intermediate hosts, that is, the best hosts for growth and transmission are not the same.

• The effects of phylogeny, habitat and host characteristics on the thermal sensitivity of helminth development

  2022

  Proceedings of the Royal Society B Biological Sciences · DOI

  Helminth parasites are part of almost every ecosystem, with more than 300 000 species worldwide. Helminth infection dynamics are expected to be altered by climate change, but predicting future changes is difficult owing to lacking thermal sensitivity data for greater than 99.9% of helminth species. Here, we compiled the largest dataset to date on helminth temperature sensitivities and used the Metabolic Theory of Ecology to estimate activation energies (AEs) for parasite developmental rates. The median AE for 129 thermal performance curves was 0.67, similar to non-parasitic animals. Although exceptions existed, related species tended to have similar thermal sensitivities, suggesting some helminth taxa are inherently more affected by rising temperatures than others. Developmental rates were more temperature-sensitive for species from colder habitats than those from warmer habitats, and more temperature sensitive for species in terrestrial than aquatic habitats. AEs did not depend on whether helminth life stages were free-living or within hosts, whether the species infected plants or animals, or whether the species had an endotherm host in its life cycle. The phylogenetic conservatism of AE may facilitate predicting how temperature change affects the development of helminth species for which empirical data are lacking or difficult to obtain.