Исследования показывают, что симбиотические микробы могут помочь предотвратить заражение болезнетворными патогенами. Но иногда взаимодействие идет в обратном направлении, когда патоген или болезнь нарушают нормальное сообщество симбиотических бактерий. В новом исследовании группа ученых из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре демонстрирует, что грибковый патоген земноводных делает именно это. Результаты опубликованы сегодня в Раннем издании трудов Национальной академии наук.
Знаменательные эксперименты с модельными организмами, такими как мыши, показали, что инфекционные патогены могут нарушить «нормальный» микробиом, но степень, в которой этот процесс формирует симбиотические микробные сообщества во время вспышек болезней в природе, в значительной степени неизвестна. Эта новая работа, проведенная Андреа Яни, аспирантом UCSB в лаборатории Чери Бриггс в Департаменте экологии, эволюции и морской биологии (EEMB), направлена ??на устранение фундаментального пробела в исследованиях экологии болезней и микробиома.Соавторы Яни и Бриггс, также связанные с программой биомолекулярной науки и инженерии UCSB, обнаружили, что хитридовый гриб Batrachochytrium dendrobatidis (Bd), по-видимому, вызывает драматические изменения в симбиотических бактериальных сообществах во время эпизодов естественных заболеваний в четырех популяциях находящихся под угрозой исчезновения Сьерра-Невада. желтоногая лягушка (Rana sierrae).
Хитридиомикоз, развивающееся инфекционное заболевание кожи земноводных, вызываемое патогеном Bd, является ведущей причиной утраты биоразнообразия амфибий во всем мире.«В калифорнийской Сьерра-Неваде эта болезнь привела к быстрому истреблению лягушек из сотен высокогорных озер; однако в других озерах инфицированные лягушки того же вида выживают и продолжают жить с грибком», — пояснил Бриггс, который является заведующим кафедрой системной биологии Дункана и Сюзанны Меллихэмп. «Учитывая, что кожа земноводных является органом, инфицированным Bd, большой интерес вызывает то, как противогрибковые свойства некоторых связанных с кожей бактерий могут защитить лягушек от этого грибкового патогена. В этом исследовании мы сосредоточились на обратной стороне этого взаимодействия — — то есть, каким образом инфекция Bd может нарушить микробное сообщество кожи ».«Мы использовали секвенирование ДНК следующего поколения, чтобы задокументировать значительные сдвиги в бактериальных сообществах, связанных с кожей, желтоногих лягушек Сьерра-Невады во время естественных вспышек Bd», — пояснил Яни. «Мы соединили эти полевые исследования с лабораторным экспериментом по заражению, продемонстрировав причинно-следственную связь, в которой Bd изменяет микробиом Rana sierrae».
Исследователи обнаружили удивительную последовательность в реакции микробиома на инфекцию Bd среди полевых популяций и между полями и лабораториями. Несколько ключевых таксонов — группа из одной или нескольких популяций организма или организмов — последовательно реагировали в одном направлении на инфекцию Bd, что указывает на некоторую предсказуемость воздействия Bd на микробиом.«Мы обнаружили, что тяжесть инфекции Bd сильно коррелирует с составом бактериальных сообществ на коже лягушек», — продолжил Яни. «Что было удивительно, так это то, что в разных популяциях лягушек наблюдалась поразительная согласованность в этой корреляции с Bd. Одна из популяций лягушек разрушилась из-за инфекции Bd; другие три популяции, по-видимому, переносили инфекции Bd.
Таким образом, наблюдается разная динамика заболевания. на, но у них есть сходные отношения между микробиомом и Bd ».Тем не менее, основной механизм Bd-индуцированных изменений микробиома неясен. Исследователи предполагают, что патоген может напрямую конкурировать с определенными бактериями за пространство или ресурсы или выделять соединения, которые отрицательно или положительно влияют на определенные виды бактерий. В качестве альтернативы, по их словам, некоторые патогены могут контролировать иммунные реакции хозяина, чтобы способствовать их собственному росту и нарушать нормальное симбиотическое бактериальное сообщество.
Яни отметила, что существуют некоторые надежды на лечение пробиотиками в качестве инструмента борьбы с сокращением численности лягушек из-за Bd, но она осторожно уточнила это заявление, заявив, что ученые еще многого не понимают в отношении воздействия на окружающую среду, которое может есть или каковы взаимодействия между естественными бактериями, которые существуют на лягушках, и патогеном. «Мы обнаружили, что некоторые таксоны, ранее идентифицированные как обладающие анти-Bd свойствами, становятся низкими из-за инфекции Bd, что может ограничивать их эффективность в качестве пробиотических агентов», — сказала она.«Это исследование показывает важность понимания того, как многие доброкачественные микробы, живущие в наших телах и в них, взаимодействуют с теми, которые вызывают заболевания», — сказал Сэм Шайнер, директор Национального научного фонда (NSF) объединенного NSF / Национальных институтов здравоохранения / США.
Программа Министерства сельского хозяйства, экологии и эволюции инфекционных заболеваний, финансировавшая исследование. "Результаты важны для разработки ответных мер на болезнь, вызывающую вымирание земноводных во всем мире, а также имеют значение для будущих исследований здоровья человека.