_ Studiul constată modificări ale microbiomului în mod dinamic și favorizează funcții importante relevante pentru gazdă

Toate organismele multicelulare — de la cele mai simple organisme animale și vegetale până la oameni — trăiesc în strânsă asociere cu o multitudine de microorganisme, așa-numitul microbiom, care își colonizează țesuturile și trăiesc în relații simbiotice cu gazda.

Multe funcții vitale, cum ar fi absorbția de nutrienți, reglarea sistemului imunitar sau procesele neurologice, rezultă din interacțiunile dintre organismul gazdă și simbioții microbieni. Cooperarea funcțională dintre gazdă și microorganisme, pe care oamenii de știință o numesc metaorganism, este investigată în detaliu la Universitatea Kiel în Centrul de Cercetare Colaborativă (CRC) 1182 Originea și Funcția Metaorganismelor.

Oamenii de știință bănuiesc că microbiomul poate contribui în mod semnificativ la adaptarea la mediu și la fitnessul unui organism în ansamblu. Ei văd un motiv pentru aceasta în adaptabilitatea rapidă a microorganismelor, care pot reacționa de multe ori mai rapid la condițiile de mediu în schimbare decât organismele gazdă cu o evoluție mai lentă.

Cum se stabilesc colonizarea și compoziția microbiomului în timpul dezvoltarea individuală a organismului gazdă este subiectul cercetărilor curente.

O echipă din grupul de cercetare în Ecologie Evolutivă și Genetică condusă de profesorul Hinrich Schulenburg de la Institutul Zoologic de la Universitatea Kiel, împreună cu alte grupuri de cercetare din CRC 1182 de la diferite facultăți și Institutul Max Planck pentru Biologie Evoluționară din Plön, a investigat acum dinamica colonizării microbiomului.

Ei au descoperit că microbiomul din organismul gazdă al nematodului nu are o compoziție aleatorie peste o perioadă mare a vieții sale, ceea ce sugerează că comunitatea microbiană este rezultatul unor procese de selecție dirijate. Studiul este publicat în mBio.

Această ipoteză este susținută de analiza genomului speciilor microbiene din microbiomul viermilor. Au fost descoperite numeroase gene care sunt responsabile pentru anumite funcții metabolice care sunt importante pentru organismul gazdă și sunt relevante și în alte organisme.

Prin aceste rezultate, cercetătorii de la Kiel arată încă o dată că viermele rotuș Caenorhabditis elegans este deosebit de important. bine potrivit ca organism model informativ pentru cercetarea microbiomului intestinal.

Pentru a studia dezvoltarea compoziției microbiomului la C. elegans de-a lungul timpului, dr. Agnes Piecyk, fost cercetător în Ecologia evolutivă și genetică grupul, care a planificat și a condus experimentele, a folosit o comunitate caracteristică de 43 de specii bacteriene diferite care se găsesc în mod obișnuit în nematod în natură.

Ea a introdus această comunitate microbiană în animalele anterior fără germeni și le-a colonizat pe un mediu de cultură în imediata vecinătate a viermilor și în vase Petri separate fără niciun contact cu animalele. Cercetătorii au analizat apoi modul în care compoziția acestei comunități microbiene experimentale s-a schimbat în diferite condiții pe parcursul a aproximativ o săptămână, în șase momente individuale în timp, ceea ce corespunde cu durata medie de viață a viermilor.

În curs. din experiment, a devenit evident că timpul a jucat un rol proeminent doar în comunitățile microbiene asociate gazdei, adică bacteriile care trăiesc în viermi. „Compoziția lor s-a schimbat în așa fel încât unele specii bacteriene specifice au apărut mai frecvent”, spune dr. Johannes Zimmermann, de asemenea, cercetător în cadrul grupului de lucru Evolutionary Ecology and Genetics, care a analizat datele.

De exemplu, bacteriile Ochrobactrum și Enterobacter se acumulează în intestinul viermelui. „Această dinamică nu poate fi explicată în mod convingător prin procese stocastice, adică în principiu aleatorii. Prin urmare, am dorit să aflăm dacă ar putea exista procese direcționate implicate în schimbarea dinamică a microbiomului vierme în timp”, explică Zimmermann.

În următorul pas, echipa de cercetare a analizat genomul microorganismelor din microbiomul viermilor care conține toate informațiile genetice ale comunităților bacteriene de-a lungul duratei de viață a viermilor. Interesant este că cercetătorii au descoperit unele asemănări izbitoare între comunitățile microbiene asociate gazdei cu genele cunoscute din cercetarea microbiomului uman.

„Presumăm ipoteza că acest lucru nu se datorează întâmplării, ci este determinat de interacțiuni specifice dintre gazdă și microbiom care afectează compoziția microbiomului în anumite momente ale duratei de viață a gazdei.

„O explicație foarte plauzibilă pentru acumularea anumitor specii bacteriene în viermi în comparație cu grupurile de control ar putea fi, prin urmare, că gazda selectează în mod specific anumite bacterii și funcțiile asociate acestora, care la rândul lor sunt avantajoase pentru organismul gazdă”, subliniază Zimmermann.

Această ipoteză este susținută în continuare de faptul că funcțiile microbiene favorabile sunt universale și depășesc C. elegans, pt. de exemplu, producția de acizi grași cu lanț scurt, vitamina B12 sau alte substanțe vitale.

În general, cercetătorii ajung la concluzia că, datorită dinamicii compoziției microbiomului pe durata vieții, speciile bacteriene asociate au evoluat. anumite strategii competitive și că, în special, sunt favorizate acele specii care asigură anumite funcții utile gazdei. În concluzie, microorganismele colonizatoare, prin urmare, par a fi benefice organismului gazdă în ansamblu și, astfel, îl ajută să se adapteze la mediul său.

„Prin noua noastră lucrare, oferim baze conceptuale importante care ne extind înțelegerea. a compoziției și funcției microbiomului și a modului în care organismul gazdă îi influențează compoziția”, spune Schulenburg.

„Studiul nostru bazat pe comunitatea microbiană experimentală arată, de asemenea, încă o dată că C. elegans ne oferă o valoare valoroasă. sistem model care este, de asemenea, relevant pentru înțelegerea proceselor fundamentale din microbiomul intestinal uman și a consecințelor acestora asupra sănătății și bolilor”, conchide Schulenburg.

(Fluierul)