Skjult mikrobiom befæster dyr, også planter

Mikrobiomet er samlingen af ​​mikrober, der koloniserer et levested, menneskekrop eller andet. På grund af banebrydende mikrobiomforskning ved Washington University School of Medicine i St. Louis forstår folk rundt om i verden nu meget mere om tarmmikrobernes grundlæggende rolle i menneskers sundhed og sygdom.

Dyr og planter er også afhængige af tusindvis af forskellige mikrober for at hjælpe med at holde dem i live. Selvom der er mindre kendt om disse foreninger, udforsker en ny generation af videnskabsmænd forholdet mellem en skjult hær af mikrober og de skabninger, de støtter og befæster. Disse mikrober af forskellige økosystemer (mDivE-STL) er fokus på et forskningssymposium den 3. oktober arrangeret af Living Earth Collaborative.

På flere forskningsinstitutioner på tværs af St. Louis studerer forskere både menneskelige og ikke-menneskelige mikrobiomer. Dette symposium blev arrangeret for at hjælpe med at fremme et fællesskab af forskere, der studerer forskellige mikrobielle systemer, mens de drager fordel af den store lokale styrke inden for menneskelig mikrobiom ekspertise.

Tag for eksempel forskere, der studerer sorte brøleaber (Alouatta pigra) i Nord- og Mellemamerika. Disse store, karismatiske aber er kendt for at lave et af de højeste kald i de tropiske skove i Mexico, Guatemala og Belize.

Som trælevende planteædere spiser sorte brøleaber hovedsageligt træ- og vinblade, blomster og frugter. Fordi de mangler enzymer, der er i stand til at fordøje cellulose - kulhydratet, der udgør bladcellevæggen - er sorte brøleaber afhængige af fermentering udløst af deres tarmmikrobiota for at få den energi, de har brug for fra disse fødevarer.

Hele denne proces kan være langt mere dynamisk end tidligere indset, ifølge forskning fra forskere ved Washington University. Beviser er begyndt at dukke op for, at diætrelaterede tarmmikrobielle ændringer bufferenergi og tilgængelighed af næringsstoffer for dyr som sorte brøleaber.

Elizabeth Mallott, en assisterende professor i biologi i Arts &Sciences, bruger metabolomics til at undersøge, hvordan mikrobielle metabolisme reagerer på ændringer i, hvad og hvor meget deres værter spiser. Hun gennemførte for nylig en undersøgelse med en population af vilde sorte brøleaber, der årligt oplever tre forskellige årstider, der påvirker deres kostvaner:en våd, frugtdomineret sæson; en tør, bladdomineret sæson; og en tør, frugtdomineret sæson.

"Vi kan se, at når aberne spiser mere af et specifikt næringsstof, metaboliserer tarmmikroberne dette næringsstof mere," sagde Mallott, førsteforfatter til forskningen offentliggjort i Molecular Ecology . "Men derudover var det spændende, at vi kunne se på interaktionerne mellem mikroberne og metabolitterne i forskellige årstider, inklusive årstider, hvor aberne var ernæringsmæssigt eller energimæssigt begrænset af den mad, der var tilgængelig i deres miljø."

Mikrober har en tendens til at kompensere i magre tider, opdagede Mallott og prioriterede funktioner, der giver flere næringsstoffer til værten. Men det system falder fra hinanden, når tilgængeligheden af ​​fødevarer virkelig bliver begrænset.

"Så ser det ud til, at mikroberne forvrænger sig. De forsøger bare at stjæle så mange næringsstoffer fra hinanden som muligt," sagde Mallott, som også ser på, hvordan miljøvariationer påvirker tarmmikrobiomet hos mennesker.

Mikrober kan gavne artsbevarelsen

At studere mikrobiomer af dyrepopulationer, der trives i naturen, er vigtigt, fordi det kan give forskere kandidatmikrober og mikrobielle konsortier, der kan bruges til at forbedre sygdomsresistens, næringsstofabsorption og i sidste ende egnetheden for truede arter eller dyr, der lever i forringede levesteder.

Dette gælder for pattedyr, herunder sorte brøleaber, men også krybdyr såsom de indfødte boksskildpadder i Missouri – inklusive dem, som Saint Louis Zoo Institute for Conservation Medicine har undersøgt på to steder i St. Louis-området siden 2012, som en del af St. Louis Box Turtle Project.

Med støtte fra Living Earth Collaborative udvider forskere denne indsats til at omfatte karakterisering af mikrobiomer af tretåede boksskildpadder og udforske, hvordan de varierer inden for og mellem populationer. Forskere fra laboratoriet i Fangqiong Ling, en assisterende professor i energi-, miljø- og kemiteknik ved McKelvey School of Engineering, samarbejder om dette skildpaddeprojekt for at integrere mikroorganismer i værktøjskassen til bevarelse af vilde dyr.

"Generelt er mikrobiomer fra vilde dyr - bakterierne, arkæerne, protister og vira, der findes inde i og på kroppen - et understuderet aspekt af bevarelse af biodiversitet," siger Sharon L. Deem, direktør for Institute for Conservation Medicine og Saint Louis Zoo WildCare Institute Center for Chelonian Conservation.

Deem og Mallott er begge planlagt til at tale ved forskningssymposiet den 3. oktober, som blev arrangeret af Ling, Gautam Dantas, professor i patologi og immunologi ved School of Medicine, og Jonathan Losos, William H. Danforth Distinguished University Professor of biologi i Arts &Sciences og direktør for Living Earth Collaborative.

Omkring halvdelen af ​​den mikrobiomforskning, der vil blive præsenteret, vedrører dyr, planter og miljø, mens resten er tættere relateret til menneskers sundhed.

"Man kan ikke rigtig forstå det menneskelige mikrobiom og dets interessante dynamik, hvis man ikke betragter det i sammenhæng med miljøet," sagde Dantas, der beskriver mikrobiomforskningen i sit laboratorium som værende omkring 90 % fokuseret på mennesker og 10 % i andre levesteder, herunder planter, jord og det byggede miljø. "Selv hvis du udelukkende er fokuseret på mikroberne i mennesker, vil du ikke være i stand til at forklare den vigtige dynamik af dem i det økosystem, hvis du ikke forstår interaktionerne i mikrober i og på kroppen, og hvor disse mikrober kommer fra." + Udforsk yderligere

Mennesker udviklede sig med deres mikrobiomer. Ligesom gener går dine tarmmikrober fra en generation til den næste