Изразът „ти си това, което ядеш“ придоби ново значение. В експеримент върху плодови мухи или Drosophila melanogaster, изследователи от университета в Пенсилвания установяват, че добавянето на различни видове микроби към храната на мухите кара популациите да се различават генетично, натрупвайки значителни геномни промени само за пет поколения.

от Катрин Унгър Бейли, Университет на Пенсилвания

микробиомите

„Нашата работа предполага, че съставът на микробната общност движи, поне отчасти, как се развиват организмите, в които живеят“, казва Пол Шмид, биолог от Пен и водещ автор на работата, която се появява в списанието PNAS. „Фактът, че можем да видим този ефект в експерименти, проведени в толкова кратък период от време, предполага, че величината на фитнес ефектите, които микробите имат, е невероятна“.

За разлика от лабораторния експеримент, където всички възможни аспекти на околната среда, от генетиката на мухите до температурата и диетата, се контролират, за да се увеличат разликите между леченията, този набор от експерименти е проведен на открито, в Pennovation Works в кампуса на Пен. Околната среда отразява по-тясно природата, подложена на метеорологични условия, сезонни промени, дори странното петно ​​от паяк или мръсотия, което нахлува в загражденията.

Фактът, че въпреки възможните влияния от тези външни фактори, изследователите все още са установили, че промените в микробиома имат значителен ефект върху геномите на популациите на мухите, прави откритието още по-убедително, казва Шмит.

„Мисля, че е справедливо да се каже, че запазихме колкото се може повече екологичен реализъм с цената на откриване на големи ефекти“, казва той. "Току-що променихме относителното изобилие на тези микроби в диетата на мухите и това беше достатъчно, за да видим ефект.".

Шмит и неговият постдокторант Сет Рудман, водещият автор на статията, се възползват от факта, че мухите имат сравнително прости микробиомни общности в сравнение с други организми, като хората.

„Ако проведете изследване на микробиом на бозайници, много от бактериите, които откривате в червата, са неизвестни“, казва Рудман. Но това не е така при мухите. Случва се така, че дрозофилата има само около 100 вида в своята микробиомна общност ».

Други ползи от плодовите мухи за този тип проучвания включват краткото им време на поколение (множество поколения могат да бъдат изучени за броени месеци) и факта, че те могат да бъдат отгледани до изключително високи популации. В този случай това означаваше стотици хиляди мухи във всеки експеримент.

От предишна работа учените са имали идеята, че микробиомът е свързан с промени във физическата форма на мухата. Мухите от най-северните ширини са склонни да имат повече бактерии Lactobacillus като част от своя микробиом, а също така живеят по-дълго, имат по-малко яйца и са по-толерантни към стреса. От друга страна, най-южните популации, които са склонни да имат повече от бактериите Acetobacter, са имали по-кратък живот, повече яйца и са били по-малко толерантни към стреса. Работата в лабораторията показа, че излагането на мухите на тези два вида бактерии причинява същите тези черти.

Но могат ли микробите да стимулират еволюцията на цели популации от мухи? За да тестват това, Шмид, Рудман и техните колеги са проектирали експериментална инсталация за манипулиране на микробиомите на мухите. Те въведоха хиляда мухи във всяка от няколко оградени мрежи на открито, с размер 2 кубически метра и украсени със зелена мулча и праскова. Те варираха храната в някои заграждения, като я допълваха с Acetobacter или Lactobacillus.

Изследователите потвърдиха, че храненето е променило микробиомите на мухите, макар и само леко. Това обаче беше достатъчно, за да повлияе на гените му. Чрез сравняване на геномите на мухите в началото на изследването със заключението, след пет поколения, екипът успя да различи различни промени в честотата на някои алели, вариант на ген, които съответстваха на това, което е видяно в природата. мухи популации.

„Открихме, че алелът, който е най-често срещан в клетките с разтвор на Lactobacillus, е и алелът, който е най-често срещан на север, където Lactobacillus е най-често срещан“, казва Рудман. „А алелът, който беше най-често срещан в клетките на Acetobacter, беше и алелът, който е най-често срещан на юг, където Acetobacter е най-често срещан.“.

За изследователите това откритие подчертава важността на влиянието на микробите.

„Изводът е, че микробите стимулират бързата адаптация“, казва Шмит.

Дали този ефект се превежда върху хора и други животни е предмет за по-нататъшно проучване, казват авторите, но многобройни проучвания подчертават мощния ефект на микробиома.

В бъдеща работа изследователите ще променят скрипта, тествайки дали промените в генетичните профили на мухите влияят върху това кои микроби могат да се установят в своите микробиоми. И те също така ще проучат допълнително, за да определят точно как променящият се микробиом влияе върху гостоприемника.