Как Родольфо Мартинес-Мота хорошо знает, из-за колючек кактуса в его одежде и коже белогорлые лесные крысы любят есть кактус опунции (из рода Opuntia). Им так нравится кактус, что их сообщество кишечных микроорганизмов, или микробиом, специально приспособлено для расщепления токсинов в кактусе.
Но Мартинес-Мота и его коллеги из Школы биологических наук Университета штата Юта также знают, что, если лесная крыса находится в неволе и питается искусственной пищей, тонко настроенный кишечный микробиом меняется. В статье, опубликованной в журнале International Society for Microbial Ecology Journal, исследовательская группа сообщает, что нативный микробиом кишечника можно сохранить в неволе, продолжая кормить животных их родной пищей вместо искусственной диеты.
«Мы обнаружили, что этих изменений можно избежать, давая животным в неволе дикую пищу», - говорит Мартинес-Мота. «Наши результаты также показывают, что коммерческие диеты являются основным фактором, вызывающим микробные изменения у содержащихся в неволе грызунов. Мы можем предположить, что то же самое относится и к другим содержащимся в неволе животным».
Коллекция
Исследование проводилось в лаборатории выдающегося профессора Дениз Диринг, директора Школы биологических наук. Диринг более 20 лет изучает несколько видов лесных крыс, изучая их приспособления к суровым условиям пустыни. Различные виды лесных крыс приспособились к детоксикации ядовитых соединений в можжевельнике, креозоте и других пустынных растениях.
Изучая лесных крыс в своей лаборатории, Диринг и ее ученики заметили, что после того, как они покинули естественную среду обитания, кишечные микробиомы лесных крыс изменились, став менее разнообразными. Мы еще многого не знаем о связи между микробиологией кишечника и здоровьем, но менее разнообразный микробиом, как правило, плох.«Однако мы не знали, какие конкретные факторы вызывали серьезные микробные изменения в предыдущих экспериментах, что ограничивало наши выводы», - говорит Диринг. Они подозревали, что основным фактором могла быть диета.
Подобные изменения в кишечной микробиоте наблюдались и у других млекопитающих, и исследователи предлагали различные возможные объяснения, включая диету. Но до сих пор никакие другие исследования не выявили влияние диеты на млекопитающих в неволе.
Итак, Дорогой, докторанты Мартинес-Мота и Тери Орр и сотрудник Питтсбургского университета Кевин Коль разработали эксперимент по мониторингу кишечных микробиомов лесных крыс в лаборатории, питающихся разными диетами. Они обнаружили популяцию лесных крыс недалеко от Касл-Вэлли, штат Юта, с рационом, который можно было легко собрать и доставить в лабораторию: опунция кактус..
«Эта диетическая специализация, а также возможность собирать кактусы в естественной среде обитания и воссоздавать дикую диету в лаборатории, обеспечили условия для создания идеальной модельной системы животных для проверки нашей гипотезы», - говорит Диринг.
Колючая проблема
В целом они собрали двенадцать лесных крыс. «Ловля лесных крыс - это всегда приключение!» - говорит Мартинес-Мота. По его словам, вудратов также часто называют пакратами. «Они собирают самые разные вещи, от железнодорожных костров до костей и лап других животных. Всегда интересно посмотреть, что они собрали», - говорит Диринг.
Команда собирала кактусы и скармливала их лесным крысам по пути в Солт-Лейк-Сити. Чтобы предотвратить травмы грызунов, команда отказалась от кактусов. Мартинес-Мота также презирал кактусы в лаборатории и все еще находил шипы на своей одежде через несколько недель после окончания эксперимента. В дикой природе, отмечает Диринг, лесные крысы сами презирают кактусы и выстилают свои гнезда шипами, чтобы отпугивать хищников. «Забавно, что лесные крысы использовали защиту своей пищи, шипов, чтобы защитить себя», - добавляет она.
В лаборатории половина лесных крыс получала искусственную диету (коммерческий корм для кроликов с высоким содержанием клетчатки), а другая половина получала опунцию, собранную в дикой природе.
Разнообразие сообщества
Через три недели исследовательская группа рассмотрела результаты. При переходе на искусственную диету группа, питавшаяся едой, потеряла более трети кишечных бактерий, в том числе некоторые из родов Bifidobacterium и Lactobacillus (множественное число от рода).
«Оба рода бактерий связаны с детоксикацией растительных токсинов, попавших в организм лесных крыс», - говорит Мартинес-Мота. «Таким образом, мы можем предположить, что некоторые функции основного микробиома лесных крыс были нарушены, когда животные питались искусственными диетами».
Заняв место утерянных родов, уже сложившиеся микробные сообщества, такие как Clostridiales, Ruminococcaceae и Lachnospiraceae, участвовали в метаболизме неперевариваемых углеводов, таких как клетчатка в корме. К концу трехнедельного эксперимента лесные крысы, которых кормили едой, восстановили около 10% разнообразия своего кишечника.
Напротив, группа, питавшаяся кактусами, сохранила около 90% исходного разнообразия микробиома на протяжении всего эксперимента. Исследователи говорят, что не всегда возможно точно знать, что животное ест в дикой природе, но если этот рацион можно разумно приблизить к неволе, кишечник животного, вероятно, останется разнообразным и здоровым.
Итак, что это значит для зоопарков и владельцев домашних животных?
«Люди, которые содержат диких животных в неволе, должны дополнять рацион животных продуктами, которые напоминают пищу, потребляемую в дикой природе», - говорит Мартинес-Мота. «Если дополнить диету дикой пищей невозможно, следует предоставить продукты с аналогичным питательным/химическим составом».