Ændret mikrobiom i frugtfluer kan drive evolutionær forandring

Udtrykket "du er hvad du spiser" har fået ny betydning. I et forsøg med frugtfluer, eller Drosophila melanogaster, forskere ved University of Pennsylvania har fundet ud af, at tilføjelse af forskellige arter af mikrober til fluernes mad fik populationer til at afvige genetisk, skaber betydelige genomiske ændringer på bare fem generationer.

"Vores arbejde tyder meget på, at mikrobiel samfundsammensætning driver, i hvert fald delvist, hvordan de organismer, de lever i, udvikler sig, "siger Paul Schmidt, en biolog hos Penn og seniorforfatter på værket, som fremgår af journalen PNAS . "Det faktum, at vi kan se denne effekt i eksperimenter udført over så kort en tidsskala, tyder på, at størrelsen af ​​de fitnesseffekter, mikroberne har, er utrolig."

I modsætning til et laboratorieforsøg, hvor alle mulige aspekter af miljøet kontrolleres, fra selve fluernes genetik til temperatur og kost, for at forstørre forskellene mellem behandlinger fandt dette sæt eksperimenter sted udendørs, på Pennovation Works på Penn's campus. Indstillingen afspejler naturen mere, afhængigt af vejret, sæsonændringer, selv den ulige edderkop eller snavs, der trænger ind i kabinetterne.

Det faktum, at, på trods af de potentielle påvirkninger af disse ydre faktorer, forskerne fandt stadig, at mikrobiomskiftene havde en signifikant effekt på genomerne af fluebestander, gør fundet endnu mere overbevisende, Siger Schmidt.

Jeg synes, det er rimeligt at sige, at vi bevarede så meget økologisk realisme, som vi kunne på bekostning af at opdage store effekter. Vi har lige ændret den relative overflod af disse mikrober i fluernes kost, og det var nok til at se en effekt. "

Paul Schmidt, Penn biolog

Schmidt og postdoktor Seth Rudman, hovedforfatteren på papiret, udnyttede det faktum, at fluer har relativt enkle mikrobiomfællesskaber sammenlignet med andre organismer, såsom mennesker.

"Hvis du foretager en undersøgelse af et pattedyrsmikrobiom, mange af de bakterier, du finder i tarmen, er ukendte, "siger Rudman." Men det er ikke tilfældet med fluer. Det sker bare, at Drosophila kun har omkring 100 arter i deres mikrobiomfællesskab. "

Andre fordele ved frugtfluer til denne type undersøgelser inkluderer deres korte generationstid-man kan studere flere generationer i løbet af få måneder-og det faktum, at de kan opdrættes til ekstremt høje befolkningsstørrelser. I dette tilfælde, det betød hundredtusinder af fluer i hvert forsøg.

Fra tidligere arbejde, forskere havde en anelse om, at mikrobiomet var forbundet med ændringer i fluens egnethed. Fluer fra mere nordlige breddegrader har en tendens til at have flere Lactobacillus -bakterier som en del af deres mikrobiom, og lever også længere, har færre æg og er mere tolerante over for stress. Flere sydlige befolkninger, på den anden side, som har tendens til at have flere af bakterierne Acetobacter, havde kortere levetid, flere æg, og var mindre stress-tolerante. Arbejde i laboratoriet viste, at udsættelse af fluer for disse to typer bakterier fremkaldte de samme træk.

Men kunne mikroberne drive udviklingen af ​​hele fluer af fluer? For at teste det, Schmidt, Rudman, og kolleger designet et eksperimentelt setup til at manipulere fluernes mikrobiomer. De introducerede tusind fluer i hver af flere udendørs netindhegninger, 2 kubikmeter i størrelse og prydet med bunddække og et fersketræ. De varierede maden i nogle af kabinetterne, supplere det med enten Acetobacter eller Lactobacillus.

Forskerne bekræftede, at fodringen ændrede fluernes mikrobiomer, dog bare lidt. Det var nok, imidlertid, at påvirke deres gener. Sammenligning af fluernes genomer i starten af ​​undersøgelsen til konklusionen, efter fem generationer, holdet kunne udpege forskellige ændringer i hyppigheden af ​​visse alleler-en variant af et gen-der var i overensstemmelse med, hvad der er set i naturlige bestande af fluer.

"Vi fandt ud af, at den allel, der var mere almindelig i Lactobacillus -løsningens bure, også var den allel, der er mere almindelig i nord, hvor Lactobacillus selv er mere almindelig, "siger Rudman." Og den allel, der var mere almindelig i Acetobacter -burene, var også den allel, der er mere almindelig i syd, hvor Acetobacter er mere almindelig. "

Til forskerne, at finde hamrede hjem betydningen af ​​mikrobernes indflydelse.

"Bundlinjen er, mikrober driver hurtig tilpasning, "Siger Schmidt.

Hvorvidt denne effekt oversættes til mennesker og andre dyr, er et spørgsmål om yderligere undersøgelse, forfatterne siger, men adskillige undersøgelser har understreget den kraftige virkning af mikrobiomet.

I det fremtidige arbejde, forskerne vil vende manuskriptet, test for at se, om ændringer i fluernes genetiske profiler påvirker, hvilke mikrober der kan få fodfæste i deres mikrobiomer. Og de vil også undersøge dybere for at bestemme præcist, hvordan det skiftende mikrobiom påvirker sin vært.

• Tarmbakterier knyttet til stærkere muskler hos ældre mennesker
• Flåter bærer nu flere sygdomme,