Скрытый микробиом укрепляет животных и растения
Микробиом — это совокупность микробов, колонизирующих среду обитания, будь то тело человека или что-то иное. Благодаря новаторским исследованиям микробиома в Медицинской школе Вашингтонского университета в Сент-Луисе, во всем мире теперь гораздо лучше понимают фундаментальную роль кишечных микробов в здоровье и болезнях человека.
Животные и растения также зависят от тысяч различных микробов, которые помогают им выживать. Хотя об этих ассоциациях известно меньше, новое поколение ученых исследует отношения между скрытой армией микробов и организмами, которых они поддерживают и укрепляют. Эти Микробы Разнообразных Экосистем (mDivE-STL) стали фокусом симпозиума 3 октября, организованного Living Earth Collaborative.
В нескольких исследовательских институтах Сент-Луиса изучают как человеческие, так и нечеловеческие микробиомы. Симпозиум был организован для создания сообщества исследователей, изучающих разнообразные микробные системы, с возможностью опираться на местный большой опыт в области изучения микробиома человека.
Например, исследователи изучают черных ревунов (Alouatta pigra) в Северной и Центральной Америке. Эти крупные харизматичные обезьяны известны одним из самых громких криков в тропических лесах Мексики, Гватемалы и Белиза.
Как древесные травоядные, черные ревуны в основном питаются листьями, цветами и плодами деревьев и лиан. Поскольку у них нет ферментов, способных переваривать целлюлозу — углевод, из которого состоит клеточная стенка листа, — они полагаются на ферментацию, запускаемую их кишечной микробиотой, чтобы получить необходимую энергию из этой пищи.
Согласно исследованиям ученых Вашингтонского университета, этот процесс может быть гораздо более динамичным, чем считалось ранее. Появляются доказательства того, что связанные с диетой изменения кишечных микробов смягчают доступность энергии и питательных веществ для таких животных, как черные ревуны.
Элизабет Маллотт, доцент биологии, использует метаболомику, чтобы изучить, как микробный метаболизм реагирует на изменения в том, что и сколько едят их хозяева. Она недавно провела исследование с популяцией диких черных ревунов, которые ежегодно переживают три различных сезона, влияющих на их рацион: влажный сезон с преобладанием фруктов; сухой сезон с преобладанием листьев; и сухой сезон с преобладанием фруктов.
«Мы видим, что когда обезьяны едят больше определенного питательного вещества, кишечные микробы метаболизируют его активнее, — сказала Маллотт, первый автор исследования, опубликованного в Molecular Ecology. — Но что было особенно интересно, так это возможность посмотреть на взаимодействия между микробами и метаболитами в разные сезоны, включая те, когда обезьяны были ограничены в питании или энергии из-за доступной пищи в их среде».
Маллотт обнаружила, что в трудные времена микробы стремятся компенсировать недостаток, отдавая приоритет функциям, которые обеспечивают хозяина большим количеством питательных веществ. Но эта система рушится, когда доступность пищи становится действительно ограниченной.
«Тогда микробы, кажется, начинают метаться. Они просто пытаются украсть как можно больше питательных веществ друг у друга», — сказала Маллотт, которая также изучает, как изменение окружающей среды влияет на кишечный микробиом человека.
Микробы могут помочь сохранению видов
Изучение микробиомов популяций животных, процветающих в дикой природе, важно, потому что может предоставить исследователям микробов и микробные консорциумы, которые можно использовать для повышения устойчивости к болезням, усвоения питательных веществ и, в конечном счете, приспособленности исчезающих видов или животных, обитающих в деградировавших средах.
Это верно как для млекопитающих, включая черных ревунов, так и для рептилий, таких как коробчатые черепахи, обитающие в Миссури. Институт медицины охраны природы Зоопарка Сент-Луиса изучает их на двух участках в районе Сент-Луиса с 2012 года в рамках Сент-Луисского проекта по коробчатым черепахам.
При поддержке Living Earth Collaborative исследователи расширяют эту работу, включая характеристику микробиомов трехпалых коробчатых черепах и изучение их вариаций внутри и между популяциями. Ученые из лаборатории Фанцюн Лин, доцента инженерной школы Маккелви, сотрудничают в этом проекте, чтобы интегрировать микроорганизмы в инструментарий охраны дикой природы.
«В целом, микробиомы дикой природы — бактерии, археи, протисты и вирусы, обнаруженные внутри и на теле, — являются недостаточно изученным аспектом сохранения биоразнообразия», — сказала Шарон Л. Дим, директор Института медицины охраны природы и Центра сохранения черепах Института дикой природы WildCare Зоопарка Сент-Луиса.
Дим и Маллотт выступят на симпозиуме 3 октября, который был организован Лин, Гаутамом Дантасом, профессором патологии и иммунологии Медицинской школы, и Джонатаном Лозосом, профессором биологии и директором Living Earth Collaborative.
Около половины исследований микробиома, которые будут представлены, связаны с животными, растениями и окружающей средой, а остальные — более тесно с человеческим здоровьем.
«Вы не сможете по-настоящему понять человеческий микробиом и его интересную динамику, если не будете рассматривать его в контексте окружающей среды, — сказал Дантас, чьи лабораторные исследования микробиома на 90% сосредоточены на человеке и на 10% — на других средах, включая растения, почву и искусственную среду. — Даже если вы чисто сфокусированы на микробах в человеке, вы не сможете объяснить важную динамику этой экосистемы, если не поймете взаимодействия микробов внутри и на теле, а также откуда эти микробы берутся».