Роль микробиома в адаптации к изменению климата

Исследователи из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) и Кильского университета (CAU) под руководством профессора Себастьяна Фрауне на примере морской анемоны Nematostella vectensis изучили вклад микробиома в тепловую адаптацию организмов. Как выяснилось, этот вклад является критически важным.

Естественный микробиом выполняет жизненно важные функции для организма-хозяина. Исследовательская группа в рамках Коллаборативного исследовательского центра (CRC) 1182 изучила, как микробиом помогает адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды в эксперименте по акклиматизации.

Результаты долгосрочного эксперимента

Ученые работали с клонами одного исходного животного, разделив 15 колоний на три группы, которые содержались при 15, 20 и 25 градусах Цельсия. За более чем четыре года наблюдений стали очевидны изменения в фенотипе анемон, включая размер и способ размножения.

Особый интерес представляла термотолерантность. «Животные, акклиматизированные при 25°C, почти исключительно выживали после шестичасового теплового стресса при 40°C», — говорит ведущий автор исследования Лаура Бальдассарре.

Анализ показал, что микробиом акклиматизированных животных изменился по сравнению с их неадаптированными сородичами. «Эта акклиматизация, так называемая фенотипическая пластичность, может частично контролироваться бактериями. Их гораздо более короткое время генерации позволяет адаптироваться гораздо быстрее», — отмечает Фрауне.

Подтверждение причинно-следственной связи

В эксперименте по трансплантации микробиомы от анемон, акклиматизированных к 15, 20 и 25°C, были перенесены на генетически идентичных, но неадаптированных животных. «Эти животные впоследствии также приобрели устойчивость к высоким температурам», — сообщает Бальдассарре.

Таким образом, при переносе всего микробиома фенотип с измененной термотолерантностью также трансплантируется. «Мы смогли установить причинно-следственную связь между составом микробиома и адаптацией к окружающей среде. Тем самым мы экспериментально подтверждаем так называемую гологеномную концепцию», — говорит профессор Фрауне.

Исследование также показало, что измененный микробиом может передаваться от родителей к потомству: потомство акклиматизированных при 25°C материнских особей также демонстрировало более высокую вероятность выживания при температурном стрессе.

Перспективы исследований

Полученные результаты предлагают новые объяснения механизмов быстрой тепловой адаптации, опосредованной микробиомом, и их передачи последующим поколениям.

В дальнейших исследованиях ученые планируют детально изучить механизмы акклиматизации, сосредоточившись на роли отдельных видов бактерий. Для этого в рамках планируемой третьей фазы финансирования CRC 1182 Немецким исследовательским фондом (DFG) готовятся детальные геномные анализы бактерий.

«Понимание бактериального компонента тепловой акклиматизации, вероятно, играет фундаментальную роль для многих других живых организмов. Более глубокое знание лежащих в основе процессов имеет решающее значение для лучшей оценки последствий глобальных изменений», — резюмирует Фрауне.