Исследования показывают, что симбиотические микробы могут помочь предотвратить заражение вызывающими болезнь болезнетворными микроорганизмами. Но иногда взаимодействие идет другим путем с болезнетворным микроорганизмом или болезнью, разрушающей нормальное сообщество симбиотических бактерий. В новом исследовании команда ученых из Санта-Барбары UC демонстрирует, что грибковый болезнетворный микроорганизм амфибий делает просто это.
Результаты появляются сегодня в Раннем Выпуске Слушаний Национальной Академии наук.Знаменательные эксперименты с образцовыми организмами, такими как мыши показали, что заразные болезнетворные микроорганизмы могут разрушить «нормальный» микробиом, но степень, до которой этот процесс формирует симбиотические микробные сообщества во время вспышек заболевания по своей природе, в основном неизвестна.
Эта новая работа, проводимая Андреа Яни, аспирантом UCSB в лаборатории Чери Бриггс в Отделе Экологии, Эволюции и Морской Биологии (EEMB), обращается к фундаментальному промежутку в экологии болезни и исследовании микробиома.Jani соавторов и Briggs – также связанный с Биомолекулярной Наукой UCSB и Технической программой – нашли, что chytrid гриб Batrachochytrium dendrobatidis (BD), кажется, стимулирует разительные перемены в симбиотических бактериальных сообществах во время естественных эпизодов болезни в четырех населении подвергаемой опасности Сьерра-Невады лягушкой с желтыми ногами (Rana sierrae).
Chytridiomycosis, появляющееся инфекционное заболевание земноводной кожи, вызванной болезнетворным микроорганизмом BD, является главной причиной земноводной потери биоразнообразия во всем мире.«В Калифорнийской Сьерра-Неваде эта болезнь привела к быстрому искоренению лягушек от сотен озер высокого возвышения; однако, в других озерах, заразил лягушек тех же самых разновидностей, выживают и сохраняются с грибом», объяснил Бриггс, который является Дунканом и Сюзанной Мелличамп Чэр в Системной биологии. «Учитывая, что земноводная кожа – орган, зараженный BD, был большой интерес в том, как противогрибковые свойства некоторых бактерий, связанных с кожей могут защитить лягушек от этого грибкового болезнетворного микроорганизма. В этом исследовании мы сосредоточились на обороте этого взаимодействия – то есть, как заражение BD может разрушить кожу микробное сообщество».
«Мы использовали ДНК следующего поколения, упорядочивающую, чтобы зарегистрировать значительные изменения в бактериальных сообществах, связанных с кожей Сьерра-Невады лягушка с желтыми ногами во время естественных вспышек BD», объяснил Джани. «Мы соединили эти полевые исследования с лабораторным экспериментом инфекции, демонстрируя причинную связь, в которой BD изменяет микробиом Rana sierrae».Исследователи нашли замечательную последовательность в ответе микробиома к инфекции BD среди полевого населения и между областью и лабораторией. Несколько ключевых таксонов – группа из одного или нескольких населения организма или организмов – последовательно отвечала в том же самом направлении на инфекцию BD, предлагая некоторую предсказуемость в эффекте BD на микробиоме.
«Что мы нашли, был то, что серьезность заражения BD сильно коррелируется с составом бактериальных сообществ на коже лягушек», Jani продолжался. «Что было удивительно, был то, что через различные популяции лягушек была довольно поразительная последовательность в этой корреляции с BD. Одна из популяций лягушек потерпела крах из-за инфекции BD; другие три населения, казалось, терпело инфекции BD. Таким образом, есть различное продолжение динамики болезни, все же у них есть подобные отношения между микробиомом и BD».
Однако, основной механизм для вызванных BD изменений в микробиоме не ясен. Исследователи выдвигают гипотезу, что болезнетворный микроорганизм мог бы конкурировать непосредственно с определенными бактериями для пространства или ресурсов или выпустить комплексы, которые отрицательно или положительно затрагивают определенные бактериальные разновидности. Альтернативно, они говорят, некоторые болезнетворные микроорганизмы могли управлять иммунными реакциями хозяина, чтобы одобрить их собственный рост и разрушить нормальное симбиотическое бактериальное сообщество.Джани отметил, что некоторое обещание существует для пробиотического лечения как инструмент, чтобы бороться со снижением лягушек из-за BD, но она старалась квалифицировать то заявление, говоря, что есть все еще много, что ученые не понимают или о воздействии на окружающую среду, которое могло бы иметь или что взаимодействия между естественными бактериями, которые существуют на лягушках и болезнетворном микроорганизме. «Мы находим, что некоторые таксоны, ранее идентифицированные как наличие свойств антиBD, ведет к низкому изобилию инфекция BD, которая может ограничить их эффективность как пробиотических агентов», сказала она.
«Это исследование показывает важность знания, как многие мягкие микробы, живущие на и в наших телах, взаимодействуют с теми, которые вызывают болезнь», сказал Сэм Шейнер, директор Национального научного фонда (NSF) совместного NSF / Национальных Институтов Экологии Министерства сельского хозяйства здоровья/Соединенных Штатов и Эволюции Программы Инфекционного заболевания, которая финансировала исследование. «Результаты важны для развития ответов на болезнь, заставляющую амфибий исчезнуть во всем мире и также иметь последствия для будущих исследований здоровья человека.