Исследование микробиома инфузорий
Микробиом — это сообщество микроорганизмов, населяющих определённую экологическую нишу. Они существуют как в окружающей среде (водоёмы, почва), так и в многоклеточных организмах-хозяевах (люди, животные, растения) и могут включать бактерии, архей и одноклеточных эукариот.
В течение трёх лет учёные анализировали микробиомы двух инфузорий — парамеции и стентора. Результаты по парамеции были опубликованы ранее, новая публикация — следующий шаг в изучении протистовых микробиомов.
«Исследования микробиома человека и животных находятся на переднем крае биологии, в то время как бактериальные консорциумы, ассоциированные с протистами, изучены мало. Ранее вопрос о том, есть ли у протистов собственные микробиомы, должным образом не изучался. Таким образом, наши результаты задают новое направление для научных исследований», — отметил Алексей Потехин, профессор кафедры микробиологии СПбГУ.
Идея о наличии у инфузорий микробиома возникла не случайно. Известно, что в стерильных условиях эти организмы погибают, а их жизнеспособность сильно зависит от присутствия бактерий в среде. Однако детально охарактеризовать бактериальный состав и отделить «квартирантов» инфузорий от обитателей воды ранее было почти невозможно из-за отсутствия методов. Метод метагеномного анализа позволил углубить исследования.
«Этот подход позволяет секвенировать полный набор определённых генетических маркеров в общей ДНК образца. Все последовательности присваиваются их хозяевам, что позволяет идентифицировать их. Для бактерий и архей это последовательность гена 16S рРНК. Метагеномика и высокопроизводительное секвенирование значительно расширили наше понимание микробного разнообразия в природных средах за последние 10–15 лет. В нашем исследовании мы использовали метагеномный анализ для идентификации бактерий, ассоциированных с клетками двух распространённых пресноводных инфузорий — стентора и парамеции», — пояснил учёный.
Исследователи обнаружили, что бактериальное сообщество среды (воды потока или лабораторной питательной среды) значительно отличается от микробного консорциума, ассоциированного с инфузориями. Разнообразие микроорганизмов в природных водоёмах всегда богаче, чем в инфузориях. Однако в клетках стентора удалось обнаружить представителей нескольких десятков бактериальных родов. Каждая инфузория оказалась самостоятельной экологической микронишей. «Таким образом, у инфузорий действительно есть собственный микробиом», — говорит Алексей Потехин.
Второй важный вывод: микробиом стентора отличается от микробиома парамеции. Другими словами, разные инфузории, даже из одного источника воды, сосуществуют с разными бактериями. Однако видовые особенности, стабильность и специфичность микробиомов инфузорий ещё предстоит определить в ходе дальнейших исследований.
Последнее открытие: микробиомы инфузорий, особенно стентора, включают представителей бактериальных родов, к которым относятся виды, известные как оппортунисты, комменсалы и даже потенциальные патогены человека, такие как Mycobacterium, Streptococcus и Neisseria. Метод исследования не позволяет идентифицировать отдельные виды (только род). Поэтому в настоящее время нельзя утверждать, что инфузории являются естественными переносчиками патогенных бактерий.
«В любом случае очевидно, что с инфузориями сожительствуют в основном бактерии, адаптированные к формированию симбиотических ассоциаций с организмами-хозяевами. По-видимому, оказавшись вне хозяина в водоёме, эти бактерии колонизируют протистов за неимением лучшей альтернативы. Ведь протисты — это крупные эукариотические клетки, не столь уж отличающиеся от клеток многоклеточных организмов. Таким образом, в зависимости от тактики конкретной бактерии, она может выживать некоторое время либо вне, либо внутри клетки хозяина. Однако ассоциированные бактерии редко процветают в ассоциации с протистами настолько, чтобы быстро размножаться. Их количество, как показали наши анализы, всегда невелико, но его достаточно для комфортного пережидания трудных времён. Таким образом, инфузории (и, скорее всего, другие протисты) могут играть роль временных резервуаров для бактерий вне их предпочитаемого многоклеточного хозяина», — заключил учёный.