Вираз "ти те, що ти їси" набув нового значення. В експерименті з плодовими мухами або Drosophila melanogaster, дослідники з Університету Пенсільванії виявили, що додавання різних видів мікробів до їжі мух призвело до генетичного розбіжності популяцій, накопичуючи значні геномні зміни всього за п’ять поколінь.

Кетрін Унгер Бейлі, Університет Пенсільванії

плодових

"Наша робота свідчить про те, що склад мікробної спільноти, принаймні частково, визначає, як розвиваються організми, в яких вони живуть", - говорить Пол Шмідт, біолог із Пенна та провідний автор роботи, яка виходить у журналі PNAS. "Той факт, що ми можемо побачити цей ефект у експериментах, проведених на такому короткому часовому рівні, свідчить про те, що величина фітнес-ефектів, які мають мікроби, неймовірна".

На відміну від лабораторного експерименту, де всі можливі аспекти навколишнього середовища, від генетики мух до температури та дієти, контролюються, щоб збільшити різницю між процедурами, цей набір експериментів проводився на відкритому повітрі в Pennovation Works у кампусі Пенна. Навколишнє середовище ближче відображає природу, залежно від погоди, сезонних змін, навіть дивної плями павука або бруду, яка проникає в огорожі.

Той факт, що, незважаючи на можливий вплив цих зовнішніх факторів, дослідники все-таки виявили, що зміни мікробіому суттєво впливають на геноми популяцій мух, робить знахідку ще більш вагомою, говорить Шмідт.

"Я вважаю справедливим сказати, що ми зберегли якомога більше екологічного реалізму ціною виявлення великих ефектів", - говорить він. "Ми щойно змінили відносну кількість цих мікробів у харчуванні мух, і цього було достатньо, щоб побачити ефект".

Шмідт та його докторант Сет Радман, головний автор статті, скористалися тим, що мухи мають порівняно прості мікробіологічні спільноти порівняно з іншими організмами, такими як людина.

"Якщо ви проводите обстеження мікробіома ссавців, багато бактерій, які ви знайдете в кишечнику, невідомі", - говорить Рудман. Але це не так з мухами. Так трапляється, що дрозофіла налічує лише близько 100 видів у своєму співтоваристві мікробіомів ».

Інші переваги плодових мух для цього типу досліджень включають їх короткий час генерації (кілька поколінь можна вивчити за лічені місяці) і той факт, що їх можна вирощувати до надзвичайно великих популяцій. У цьому випадку це означало сотні тисяч мух у кожному експерименті.

З попередньої роботи вчені мали думку, що мікробіом пов'язаний зі змінами у формі мухи. У мух з найпівнічніших широт, як правило, більше мікроорганізмів Lactobacillus, вони також живуть довше, мають менше яєць і більш толерантні до стресів. З іншого боку, найпівденніші популяції, які, як правило, мають більше бактерій Acetobacter, мали менший термін життя, більше яєць і менш терпимі до стресів. Робота в лабораторії показала, що вплив мух на ці два типи бактерій викликав ці самі ознаки.

Але чи можуть мікроби спричинити еволюцію цілих популяцій мух? Щоб довести це, Шмідт, Рудман та їх колеги розробили експериментальну установку для маніпулювання мікробіомами мух. Вони впровадили тисячу мух у кожен із кількох огороджень із сіткою просто неба, розміром 2 кубічні метри та прикрашені ґрунтовим покривом та персиком. Вони варіювали їжу в деяких вольєрах, доповнюючи її Acetobacter або Lactobacillus.

Дослідники підтвердили, що годування змінило мікробіоми мух, хоча і незначно. Однак цього було достатньо, щоб вплинути на його гени. Порівнюючи геноми мух на початку дослідження з висновком, після п’яти поколінь команда змогла розрізнити різні зміни частоти певних алелів, варіант гена, які узгоджувалися з тим, що було видно в природи. популяції мух.

"Ми виявили, що алель, який був найпоширенішим у клітинах з розчином лактобацил, був також алелем, який був найпоширенішим на півночі, де лактобактерії найбільш поширені", - говорить Рудман. "А алелем, який був найпоширенішим у клітинах Acetobacter, був також алель, який найчастіше зустрічається на півдні, де Acetobacter є найбільш поширеним".

Для дослідників ця знахідка підкреслила важливість впливу мікробів.

"Суть в тому, що мікроби рухають швидку адаптацію", - говорить Шмідт.

Чи перекладається цей ефект на людей та інших тварин - предмет для подальшого вивчення, стверджують автори, але численні дослідження підкреслили потужний ефект мікробіому.

У подальшій роботі дослідники змінять сценарій, перевіряючи, чи впливають зміни в генетичних профілях мух на те, які мікроби можуть закріпитись у своїх мікробіомах. І вони також досліджуватимуть далі, щоб точно визначити, як мікробний мікроб впливає на свого господаря.