Как полипы лунной медузы отражают вирусные атаки на свой микробиом
Бактериофаги (фаги) — это вирусы, заражающие бактерии и убивающие их в процессе лизиса. Фаги могут уничтожать бактерии на поверхности или внутри многоклеточного организма-хозяина, например, полипа лунной медузы (Aurelia aurita). Специализируясь на конкретных бактериях, фаги способны значительно изменить бактериальный состав микробиома полипа.
Влияние фагов на микробиом и, следовательно, на жизнеспособность полипов до сих пор мало изучено. Микробиологи Кильского университета под руководством профессора Рут Шмитц-Штрайт впервые в лабораторных экспериментах показали, что полипы быстро регенерируют после заражения бактериофагами.
Полученные данные свидетельствуют о высокой устойчивости естественного микробиома лунной медузы к фагам из Балтийского моря. Результаты исследования, опубликованные в журнале Frontiers in Microbiology, расширяют знания о влиянии этих часто упускаемых из виду ключевых игроков на микробиом и жизнеспособность медуз.
Полипы демонстрируют высокую устойчивость после вирусной атаки
На стадии полипа животные прикреплены ко дну и используют щупальца для ловли пищи. На поверхности их тела обитают многочисленные бактерии, формирующие микробиом, который играет важную роль в жизнеспособности полипа.
В текущем исследовании учёные изучили, как микробиом переживает инфекцию бактериофагами и каковы последствия для полипов. Лабораторные эксперименты показали, что введение фагов приводит к значительному, но временному изменению формы тела полипов: их тела сильно укорачивались и округлялись, а щупальца исчезали. После противовирусной защиты полипы возвращались к нормальной форме.
«Мы не увидели ни одного мёртвого полипа; напротив, все полипы полностью регенерировали. Эта высокая устойчивость нас удивила», — говорит Меллиса Станте, первый автор исследования.
Тест-серии показывают быстрое восстановление микробиома
Одно из объяснений — способность полипов (точнее, их микробиома) быстро адаптироваться к присутствию фагов, что предотвращает необратимые повреждения. Учёные отбирали пробы микробиома полипов в течение пяти дней. Они обнаружили, что доминирующий тип бактерий, Mycoplasma, сначала сократился, но восстановился через 24 часа.
«Это позволило другим бактериям временно получить доминирование. Точные факторы, способствующие первоначальному сокращению, а также последующему быстрому восстановлению Mycoplasma, теперь являются предметом дальнейших исследований», — говорит PD д-р Нэнси Вайланд-Бройер.
Динамика состава микробиома была синхронизирована с деформацией полипов.
Взаимодействие "фаг-микробиом-хозяин" влияет на экосистему
Понимание динамического взаимодействия между лунной медузой, её микробиомом и фагами способствует:
- Пониманию морских циклов питательных веществ и элементов.
- Исследованию стабильности экосистемы.
- Изучению болезней в экосистеме Балтийского моря.
Кроме того, результаты внесут вклад в исследовательскую инициативу «Здоровье океана» (Ocean Health), изучающую влияние изменения климата на здоровье морских организмов. Помимо лизиса бактерий, фаги могут обмениваться генетическим материалом с микроорганизмами-хозяевами, помогая микробиому адаптироваться к меняющимся условиям окружающей среды.
«Быстрая регенерация формы полипа после обработки фагами, по-видимому, коррелирует с восстановлением естественного микробиома лунной медузы. Это явное указание на высокую устойчивость микробиома медузы к фагам из Балтийского моря. Факторы, делающие микробиом таким устойчивым, могут также дать важные подсказки о том, как защитить здоровый микробиом у человека. Однако мы всё ещё находимся на относительно ранней стадии фундаментальных исследований», — резюмирует профессор д-р Рут Шмитц-Штрайт.