Исследование обнаруживает динамические изменения микробиома и отбор полезных для организма-хозяина функций
Все многоклеточные организмы живут в тесной связи с множеством микроорганизмов — микробиомом. Многие жизненно важные функции, такие как усвоение питательных веществ, регуляция иммунной системы или неврологические процессы, являются результатом взаимодействий между организмом-хозяином и микробными симбионтами. Эта функциональная кооперация изучается как метаорганизм.
Ученые предполагают, что микробиом может значительно способствовать адаптации организма к среде. Одна из причин — быстрая приспособляемость микроорганизмов по сравнению с медленнее эволюционирующими хозяевами.
Команда под руководством профессора Хинриха Шуленбурга из Кильского университета вместе с другими группами из CRC 1182 и Института эволюционной биологии Макса Планка исследовала динамику колонизации микробиома у нематоды Caenorhabditis elegans. Исследование опубликовано в mBio.
Динамика состава микробиома в течение жизни нематоды
Для изучения развития состава микробиома использовали характерное сообщество из 43 различных видов бактерий, типичных для нематоды в природе. Это сообщество ввели в ранее стерильных животных и проанализировали его изменение в течение недели (средней продолжительности жизни червей) в шести временных точках.
Состав менялся только в микробных сообществах, ассоциированных с хозяином (т.е. живущих в червях). Некоторые специфические бактерии, например, Ochrobactrum и Enterobacter, накапливались в кишечнике червя. Эти динамические изменения нельзя убедительно объяснить случайными процессами.
Анализ генома указывает на отбор определенных полезных метаболических функций
Анализ геномов микроорганизмов в микробиоме червя выявил сходства с генами, известными из исследований микробиома человека. Исследователи предполагают, что хозяин специфически отбирает определенные бактерии и связанные с ними функции, которые выгодны для организма-хозяина.
Эту гипотезу поддерживает тот факт, что благоприятные микробные функции универсальны и выходят за рамки C. elegans. К ним относятся, например, производство короткоцепочечных жирных кислот, витамина B12 или других жизненно важных веществ.
Модельный организм для исследования кишечного микробиома
Исследователи пришли к выводу, что из-за динамики состава микробиома в течение жизни червя ассоциированные бактериальные виды развили определенные конкурентные стратегии. В частности, благоприятствуются те виды, которые предоставляют хозяину определенные полезные функции. Таким образом, колонизирующие микроорганизмы, по-видимому, в целом полезны для организма-хозяина и помогают ему адаптироваться к среде.
"Наша работа предоставляет важные концептуальные основы, расширяющие понимание состава и функции микробиома и того, как организм-хозяин влияет на его состав", — говорит Шуленбург. — "Наше исследование также показывает, что C. elegans является ценным модельным системой, релевантной для понимания фундаментальных процессов в микробиоме кишечника человека".