Первый обзор архей у позвоночных

Археи часто путают с бактериями, так как оба являются мелкими одноклеточными организмами. Однако археи генетически так же отличаются от бактерий, как люди от бактерий. Хотя археи встречаются в большинстве сред, включая микробиом кишечника человека, о них известно относительно мало. Международная группа исследователей из Германии и Австрии под руководством Николаса Янгблута из Института биологии развития Макса Планка в Тюбингене составила первую масштабную оценку разнообразия архей в кишечнике позвоночных. Исследование показывает, что разнообразие архей в кишечнике позвоночных больше, чем считалось ранее. Более того, работа демонстрирует, как родство животных и их диета влияют на разнообразие архей.

Археи — третье домен жизни, отдельный от доменов бактерий и эукариот. Хотя бактерии и археи — одноклеточные организмы, не имеющие ядра, они сильно различаются ключевыми способами. Например, археи уникальным образом генерируют метан, потребляя продукты жизнедеятельности бактериального брожения. В отличие от бактерий, у архей не обнаружено патогенных видов, что является основной причиной большего внимания к бактериям в микробиоме животных. В результате о разнообразии архей в кишечнике позвоночных и факторах, влияющих на него, известно мало.

Как биологический отпечаток, специфические группы микробов колонизируют кишечник птиц, млекопитающих, земноводных, рептилий и рыб. В новой работе исследователи показали, как археи вписываются в эту картину. "Мы были поражены специфичностью, но также и разнообразием видов архей, которые мы нашли в кишечнике позвоночных. Среди них была архея Methanothermobacter", — пояснил Николас Янгблут, ведущий автор исследования. "Methanothermobacter известна тем, что встречается только в горячих средах около 60 °C, поэтому её обнаружение у большого числа различных позвоночных стало неожиданностью. Мы увидели, что этот род архей особенно распространён среди птиц, что может быть связано с их более высокой температурой тела около 40 °C или выше".

Набор данных впечатляющего размера и качества

Связанные исследования среди животных не всегда проводились единообразно. Для исследовательской группы было важно по возможности получать образцы от диких животных, поскольку микробиом животных в неволе сильно отличается от микробиома диких особей. Подход был очень комплексным, поскольку для идентификации и классификации различных сообществ архей у диких позвоночных-хозяев необходимо было собрать и проанализировать максимально широкие и полные данные. "Три четверти исследованных нами образцов, собранных при поддержке Венского университета ветеринарной медицины, были получены от диких животных", — говорит Георг Райшер, соавтор исследования. "Это уникально и даёт нам комплексную картину".

Предыдущие работы исследователей показали, что некоторые археи, обитающие в кишечнике, наследуются, как цвет глаз или рост, что указывает на влияние генетики человека на разнообразие архей в кишечнике. Эта новая работа Янгблута и коллег расширяет эволюционный масштаб от людей до всех позвоночных и показывает свидетельства древней связи между археями и животными. Исследователи демонстрируют, что близкородственные виды животных содержат более схожие археи, и определённые специфические археи, вероятно, присутствовали в кишечнике первых позвоночных. В отличие от этого, те же исследователи ранее показали, что диета является более важным фактором для бактериального разнообразия в кишечнике позвоночных.

Лучшее понимание коэволюции микробов

Николас Янгблут, руководитель группы в отделе исследования микробиома под руководством Рут Лей, занимается вопросами экологии и эволюции ассоциированных с хозяином метаногенов — производящих метан архей. Исследование находится в непосредственном контексте его вопросов об общей эволюционной истории людей и кишечных микробов и потенциале для коэволюции.

Его основное внимание направлено на понимание того, как кишечные микробы адаптировались к кишечной среде и какое влияние это оказывает на здоровье хозяина. Это включает проекты, посвящённые тому, как эволюционная история и экология позвоночных объясняют вариацию в сообществе кишечных микробов. Кроме того, Янгблут рассматривает вопросы экологии и эволюции метаногенов в кишечнике человека, используя комплексный подход лабораторной работы и биоинформатики. Учёные из Германии и Австрии считают, что с помощью своего метода они обнаружили универсально применимый принцип, отражающий дальнейшее понимание эволюции и разнообразия жизни.