Пробиотики замедляют распространение смертельной болезни, уничтожающей карибские рифы
Ученые Национального музея естественной истории Смитсоновского института обнаружили, что бактериальный пробиотик помогает замедлить распространение болезни потери тканей каменистых кораллов (stony coral tissue loss disease, SCTLD) у уже зараженных диких кораллов во Флориде.
Результаты, опубликованные в журнале Frontiers in Marine Science, показывают, что применение пробиотического лечения на целых колониях кораллов помогло предотвратить потерю тканей.
Новое лечение представляет собой жизнеспособную альтернативу антибиотикам, которые обеспечивают лишь временную защиту и также несут риск создания устойчивых штаммов SCTLD.
«Цель использования пробиотиков — заставить кораллы поглотить эту полезную бактерию и включить ее в свой естественный микробиом», — сказала Валери Пол, главный ученый Смитсоновской морской станции в Форт-Пирс, соавтор исследования. — «Пробиотики затем обеспечат более длительную защиту».
SCTLD появилась во Флориде в 2014 году и быстро распространилась на юг по всему Карибскому бассейну. В отличие от других патогенов, которые обычно поражают определенные виды, SCTLD инфицирует более 30 различных видов каменистых кораллов, включая массивные мозговые кораллы и столбчатые кораллы.
По мере распространения болезнь вызывает отслоение мягких тканей кораллов, оставляя белые участки обнаженного скелета. За несколько недель или месяцев болезнь может уничтожить целую коралловую колонию.
Исследователям еще предстоит определить точную причину SCTLD. Но патоген, по-видимому, связан с вредоносными бактериями. На сегодняшний день наиболее распространенным лечением SCTLD является обработка больных кораллов пастой, содержащей антибиотик амоксициллин.
Однако антибиотики далеки от панацеи. Хотя бальзам с амоксициллином может временно остановить распространение SCTLD, его необходимо часто наносить повторно на поражения кораллов. Это не только требует времени и ресурсов, но и увеличивает вероятность того, что микробы, вызывающие SCTLD, могут развить устойчивость к амоксициллину и родственным антибиотикам.
«Антибиотики не останавливают будущие вспышки, — сказала Пол. — Болезнь может быстро вернуться, даже на те же коралловые колонии, которые лечили».
В поисках более долговечной альтернативы Пол и ее коллеги потратили более шести лет на изучение того, могут ли полезные микроорганизмы, или пробиотики, бороться с патогеном.
Как и люди, кораллы являются хозяевами сообществ, известных как микробиомы, которые кишат бактериями. Некоторые из этих микроскопических организмов, которые можно найти как в тканях кораллов, так и в липкой защитной слизи, которую они выделяют, производят антиоксиданты и витамины для поддержания здоровья своих коралловых хозяев.
Команда сначала изучила микробиомы кораллов, невосприимчивых к SCTLD. Цель состояла в том, чтобы собрать пробиотики у этих устойчивых к болезням видов и использовать их для укрепления микробиомов восприимчивых кораллов.
Ученые протестировали более 200 штаммов бактерий от устойчивых к болезням кораллов. В 2023 году они опубликовали исследование о пробиотике Pseudoalteromonas sp. McH1-7, выделенном из большого звездчатого коралла (Montastraea cavernosa), который производит несколько различных антибактериальных соединений.
Этот комплексный антибактериальный набор сделал McH1-7 идеальным кандидатом для борьбы с таким универсальным патогеном, как SCTLD.
Пол и ее коллеги первоначально протестировали McH1-7 в лаборатории на живых фрагментах M. cavernosa. Они обнаружили, что пробиотик надежно предотвращает распространение SCTLD. Однако команда стремилась испытать McH1-7 на кораллах в дикой природе.
В 2020 году команда провела полевые испытания на мелководном рифе недалеко от Форт-Лодердейла. Они сосредоточились на 40 колониях M. cavernosa, которые демонстрировали признаки SCTLD. Некоторые кораллы получили пасту, содержащую McH1-7, которую наносили непосредственно на поражения. Другие кораллы обрабатывали раствором морской воды, содержащим McH1-7.
Команда накрыла колонии, обработанные раствором, утяжеленными пластиковыми пакетами и вводила пробиотики внутри пакета, чтобы покрыть всю колонию.
«Это создавало мини-аквариум, который удерживал пробиотики вокруг каждой коралловой колонии», — сказала Пол.
Команда наблюдала за коралловыми колониями в течение двух с половиной лет и брала несколько серий образцов тканей и слизи, чтобы оценить, как менялся микробиом кораллов с течением времени. Они обнаружили, что пробиотик McH1-7 успешно замедлял распространение SCTLD при доставке на всю колонию методом с пакетом и раствором.
Образцы показали, что пробиотик был эффективен, не доминируя над естественными микробами кораллов. Напротив, кораллы, обработанные пробиотической пастой, потеряли больше ткани, чем необработанные контрольные кораллы. Это показало, что нанесение пробиотика непосредственно на поражения было наименее эффективным способом контроля SCTLD.
Хотя пробиотик, по-видимому, является эффективным средством лечения SCTLD на северных рифах Флориды, необходима дополнительная работа для калибровки лечения для других регионов. Например, Пол и ее коллеги провели аналогичные испытания на рифах Флорида-Кис. Предварительные результаты неоднозначны, вероятно, из-за региональных различий в самой болезни.
Но Пол утверждает, что пробиотики могут стать важным инструментом для борьбы с SCTLD по всему Карибскому бассейну, особенно по мере того, как исследователи продолжают совершенствовать методы их масштабного применения для кораллов в дикой природе. Эти полезные бактерии поддерживают то, что кораллы уже делают естественным образом.
«Кораллы естественным образом богаты бактериями, и неудивительно, что бактериальный состав важен для их здоровья, — сказала она. — Мы пытаемся выяснить, какие бактерии могут сделать эти яркие микробиомы еще сильнее».
Это междисциплинарное исследование является частью Ocean Science Center музея, целью которого является объединение морских исследовательских экспертиз и обширных коллекций музея в совместный центр для расширения понимания мирового океана и улучшения его сохранения.