Они являются частью нас: все мы носим примерно в десять раз больше бактерий и архей, чем наши собственные клетки. Бактериальная экосистема в нашем пищеварительном тракте, так называемый микробиом, имеет большое значение не только для нашего метаболизма, но и для иммунной системы и даже для нашего поведения. То же самое относится и к животным, но состав микробиома сильно различается у разных видов животных. Впервые было проведено масштабное исследование для объяснения развития микробиома с использованием образцов фекалий свободноживущих животных. Было исследовано 128 различных видов из самых разных классов рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Участвующие исследовательские группы смогли показать, как взаимодействуют эволюция и пищевые привычки, и определить состав бактерий в пищеварительном тракте. Многие микроорганизмы в кишечнике, по-видимому, развивались синхронно с животными-хозяевами на протяжении миллионов лет. Эти результаты также должны помочь в характеристике фекального загрязнения воды, позволяя в будущем более точно отнести к определенным видам животных.
Образцы со всех ветвей генеалогического древа
"До сих пор проводились исследования микробиома человека или специальные данные для отдельных видов, таких как крысы. Однако мы хотели выбрать множество видов животных, которые были бы как можно более репрезентативными для всего эволюционного дерева позвоночных. - от птиц до млекопитающих и рыб», - говорит профессор Андреас Фарнлейтнер, соруководитель Межуниверситетского исследовательского центра «Вода и здоровье» при Венском техническом университете (ICC Water & He alth) и профессор микробиологической диагностики в рамках ICC Water & He alth. Группа здоровья в частном университете Карла Ландштейнера в Кремсе.
Было важно получить образцы от диких животных, так как животные в зоопарке могут иметь совершенно другой микробиом, чем их дикие собратья. Ведущим партнером по сбору образцов был Институт дикой природы и экологии Венского университета ветеринарной медицины. Затем была секвенирована ДНК изучаемых микроорганизмов - частично в Техническом университете Вены и частично в Институте биологии развития им. Макса Планка в Тюбингене.
«В общей сложности было проанализировано более 400 образцов от 180 различных видов, в результате чего было получено 20 миллионов последовательностей генов», - сказал д-р Георг Рейшер (Технический университет Вены). Партнеры по сотрудничеству MPI в Тюбингене внесли в исследование свои ноу-хау в области биоинформатического анализа данных и эволюционной биологии. Это выявило поразительные взаимосвязи, которые можно объяснить эволюционной историей: микробиом развивался в течение многих миллионов лет в процессе совместной эволюции с животными-хозяевами. Близкородственные виды, близкие к эволюционному генеалогическому древу, также имеют сходство в микробиоме. «Питание также играет роль, но оно никогда не является единственным решающим фактором», - объясняет Георг Рейшер.«Если млекопитающее ест ту же пищу, что и птица, в его кишечнике все равно нет тех же бактерий».
Биодетектор загрязнения
Данные, собранные в ходе этого исследования, не только позволяют интерпретировать совместную эволюцию животных-хозяев и микроорганизмов в их пищеварительном тракте, но и облегчают разработку методов обеспечения чистой водой. В последние годы в Техническом университете Вены была разработана технология, которая использует тесты ДНК для получения информации об источнике фекального загрязнения воды. Таким образом, стало возможным выяснить, было ли загрязнение вызвано человеческими сточными водами или пасущимися животными. «Теперь в нашем распоряжении есть очень обширный набор данных, который сделает такие тесты более полными и точными», - говорит Андреас Фарнлейтнер.