Эксперимент показал совместный вклад хозяина-червя и его микробиома в адаптацию к среде

Исследователи из Кильского университета использовали близкий к естественному мезокосмный эксперимент на компосте, чтобы показать, что хозяин-червь и ассоциированные микроорганизмы совместно опосредуют адаптацию к новой среде.

Многоклеточные организмы живут в тесной связи с микробиомом. Учёные из Киля в рамках CRC 1182 "Происхождение и функция метаорганизмов" изучают это функциональное сотрудничество, называемое метаорганизмом. Предполагается, что микробиом может значительно способствовать адаптации всего организма к среде благодаря быстрой приспособляемости микроорганизмов.

Изучение совместной эволюции в условиях, близких к естественным

Исследовательская группа профессора Хинриха Шуленбурга сосредоточилась на совместном влиянии хозяина и микробиома. Они разработали инновационный метод культивирования: нематода Caenorhabditis elegans эволюционировала в долгосрочном эксперименте (100 дней, ~30 поколений) вместе с изначально заданным набором микроорганизмов в сложной, близкой к естественной среде компостного мезокосма.

"Мы создали устойчивую среду обитания для червя и его микробиома на основе растительного материала", — объясняет доктор Карола Петерсен, соавтор исследования.

Совместный вклад в повышение приспособленности

Через 100 дней исследователи изолировали червей и образцы их микробиома. Используя подход "общего сада", они комбинировали исходных и эволюционировавших червей и микробов, определяя приспособленность метаорганизма в мезокосмах и на агаровых пластинах.

Были обнаружены два ключевых аспекта адаптации:

1. Генетическая адаптация хозяина: Одна популяция червей показала исключительно высокую численность и сильное отклонение в экспрессии генов по сравнению с исходной, несмотря на одинаковый исходный микробиом. Это указывает на генетически контролируемое преимущество, вероятно, связанное с улучшенным стрессовым ответом.
2. Вклад эволюционировавшего микробиома: Преимущество в виде повышенного роста популяции наблюдалось только в компостной среде в присутствии адаптированных микробов, но не на агаровых пластинах. Это доказывает специфическое влияние микробиома на приспособленность.

Таким образом, исследование предоставляет экспериментальные доказательства того, что адаптация к новой среде может совместно определяться изменениями в составе микробиома и экспрессии генов хозяина.

Новая модель для количественной оценки

"С помощью нашей новой мезокосмной системы мы впервые создали воспроизводимые условия, которые позволяют не только подтвердить вклад хозяина и микробиома, но и в будущем количественно оценить вовлечённые механизмы", — добавляет профессор Шуленбург.

В дальнейших исследованиях планируется детально проанализировать генетические данные червей и микробов из долгосрочного эксперимента, чтобы выяснить влияние генов хозяина и микроорганизмов на эволюционную адаптацию.

Результаты опубликованы в The ISME Journal.