Ученые обнаружили, что тропические рыбы могут контролировать свои кишечные микробы, чтобы лучше переносить экстремальные температуры, показывает исследование в eLife.
Результаты придают дополнительный вес концепции «хологенома», когда живой организм рассматривается не как отдельное животное или растение, а как сообщество: организм-хозяин плюс все живущие в нем микробы. В рамках этой концепции взаимодействия хозяин-микроб играют важную роль в приспособленности хозяина, в то время как состав микробиома, в свою очередь, может зависеть от приспособленности хозяина.
«Одним из наиболее значительных воздействий окружающей среды, влияющих на приспособленность организма-хозяина, является температура», - объясняет ведущий автор Фотини Кокоу, научный сотрудник Университета Бен-Гуриона в Негеве, Израиль. «В этом исследовании мы хотели проверить, способствуют ли акклиматизации к температуре изменения в микробиоме хозяина».
Команда использовала тропическую рыбу, голубую тиляпию, которая обычно очень чувствительна к холоду, но в рамках схемы селекции выведена с повышенной устойчивостью к холоду в Организации сельскохозяйственных исследований в Израиле. Это позволило сравнить микробиомы чувствительных к холоду и устойчивых к холоду рыб при разных экстремальных температурах.
Они сначала подвергли 84 рыбы с унаследованной низкой или высокой устойчивостью к холоду температуре 24°C или 12°C и проанализировали микробиомы их кишечника с помощью генетического секвенирования. Они обнаружили резкое сокращение микробного разнообразия в обеих группах рыб, подвергшихся воздействию холода. Это говорит о том, что низкотемпературные условия очень избирательны и ограничивают разнообразие микробов, которые могут выжить в рыбе.
Затем они рассмотрели, как унаследованная от рыб устойчивость к температуре влияет на разнообразие микробиома. Когда они сравнили микробы кишечника чувствительной к холоду и устойчивой к холоду рыбы, они обнаружили, что врожденная толерантность рыбы к температуре с самого начала оказала выраженное влияние на разнообразие ее кишечных микробов. Они также обнаружили, что кишечные микробы рыб по-разному реагировали на воздействие холода. Это привело их к выводу, что генетика хозяина оказывает сильное влияние на формирование микробиома.
Затем исследователи обратили внимание на значение этих изменений в микробиоме. Анализ типов микробов, которые были в изобилии после воздействия холода, показал, что хозяин склонен выбирать микробы, которые сами устойчивы к холоду. Действительно, микробиомы устойчивых к холоду рыб, по-видимому, имеют основную группу микробов, которые сохраняются, тогда как основная группа микробов, живущих в чувствительных к холоду рыбах, резко изменилась после воздействия низких температур.
Наконец, команда стремилась понять характеристики микробов кишечника рыб, которые процветали в ответ на холод. Они обнаружили, что при воздействии холода микробы, как правило, выключают процессы, расходующие энергию (метаболизм), и включают клеточные процессы, связанные со стрессом и защитной реакцией. Это отражало реакцию, наблюдаемую в генах самих рыб, предполагая, что воздействие холода запускает согласованную энергосберегающую, вызванную стрессом адаптивную реакцию, которая затрагивает как саму рыбу-хозяина, так и ее микробиом.
«Наше исследование показывает, что генетический фон тилапии и ее устойчивость к температурному стрессу определяют реакцию кишечного микробиома на температуру», - заключает старший автор Ицхак Мизрахи, доцент кафедры микробной экогеномики Бен-Гуриона. Университет Негева. «Наши результаты согласуются с формирующейся концепцией гологенома, которая предполагает, что микробы и их хозяева работают вместе в выживании наиболее приспособленных в рамках процесса естественного отбора."