Пирамида болезни: среда, патоген, организм и микробиом

Исследователи из Института пресноводной экологии и внутреннего рыболовства им. Лейбница (IGB), Университета Тулузы и Центра экологических исследований им. Гельмгольца (UFZ) на примере земноводных, таких как лягушки, показали, как микробная колонизация организма влияет на взаимодействие между живыми организмами, окружающей средой и патогенами. Это фундаментальное исследование для профилактики здоровья.

Биотические и абиотические факторы окружающей среды сильно влияют на динамику заболеваний у людей и животных. В своем исследовании ученые сосредоточились на важном компоненте — микробиоме. Индивидуальный микробиом живого существа является жизненно важным компонентом иммунитета. Особенно на коже и в кишечнике, то есть непосредственно на границе между организмом и патогенами, эндогенные бактерии и вирусы проявляют высокую активность.

Международная команда представляет концепцию пирамиды болезни с четырьмя ключевыми элементами: среда, патоген, организм-хозяин и микробиом. Впервые учитываются различные функции микробиома. Исследователи иллюстрируют это на примере болезни земноводных хитридиомикоза, вызываемой грибковым патогеном Batrachochytrium dendrobatidis.

Разнообразие микробиома и мест обитания укрепляет устойчивость

Авторы подчеркивают, что более разнообразные микробиомы могут повысить устойчивость хозяина к патогенам, поскольку они лучше способны сдерживать потенциальные патогены. Исследование также показывает, что особи, обитающие в сложных и, следовательно, богатых видами местообитаниях, имеют более низкий уровень смертности. Команда демонстрирует, что микробиом может действовать очень специфично против патогенов: симбиотическая кожная бактерия Janthinobacterium spp. образует противогрибковое средство как продукт метаболизма и таким образом предотвращает заражение Batrachochytrium dendrobatidis.

Изменение климата меняет микробиом земноводных

Предполагается, что адаптивность микробиома, в свою очередь, может повысить адаптивность организма к воздействиям окружающей среды. В животном мире есть несколько примеров этого. Однако изменения окружающей среды, такие как изменение климата, также могут вывести микробиом из равновесия.

Исследование показывает, что изменения окружающей среды — особенно температуры — оказывают значительное влияние на состав микробиома и, следовательно, на устойчивость земноводных к Batrachochytrium dendrobatidis. Ожидается, что изменение климата значительно изменит распространение этого грибкового заболевания среди земноводных.

Значение для экосистем и человека

Снижение численности земноводных, наиболее угрожаемых позвоночных, вызывает каскадные эффекты в пищевых сетях и может в долгосрочной перспективе изменить экологический баланс, например, качество воды или распространение вредителей и патогенов.

Представленная концепция пирамиды болезни является перспективной для исследований взаимодействий «человек–животное–растение–среда» и связанных с ними рисков для биоразнообразия и человека. Если различные оси пирамиды болезни дестабилизируются, можно ожидать новых инфекционных заболеваний, в том числе и для человека.