Verändertes Mikrobiom in Fruchtfliegen kann evolutionäre Veränderungen vorantreiben

Der Ausdruck „Du bist was du isst“ hat eine neue Bedeutung bekommen. In einem Experiment mit Fruchtfliegen oder Drosophila melanogaster, Forscher der University of Pennsylvania haben herausgefunden, dass das Hinzufügen verschiedener Mikrobenarten zur Nahrung der Fliegen dazu führte, dass Populationen genetisch divergieren, in nur fünf Generationen signifikante genomische Veränderungen herbeiführen.

"Unsere Arbeit legt nahe, dass die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft die zumindest teilweise, wie sich die Organismen, in denen sie leben, entwickeln, “ sagt Paul Schmidt, ein Biologe in Penn und leitender Autor der Arbeit, die in der Zeitschrift erscheint PNAS . "Die Tatsache, dass wir diesen Effekt in Experimenten sehen können, die über einen so kurzen Zeitraum durchgeführt wurden, legt nahe, dass das Ausmaß der Fitnesseffekte, die die Mikroben haben, unglaublich ist."

Im Gegensatz zu einem Laborexperiment wo jeder mögliche Aspekt der Umgebung kontrolliert wird, von der Genetik der Fliegen selbst bis hin zur Temperatur und Ernährung, Um die Unterschiede zwischen den Behandlungen zu vergrößern, wurden diese Experimente im Freien durchgeführt, bei Pennovation Works auf dem Campus von Penn. Die Umgebung spiegelt die Natur besser wider, wetterabhängig, saisonale Veränderungen, sogar die eine oder andere Spinne oder ein Schmutzfleck, der in die Gehege eindringt.

Die Tatsache, dass, trotz der möglichen Einflüsse dieser äußeren Faktoren, die Forscher fanden immer noch heraus, dass die Mikrobiomverschiebungen einen signifikanten Einfluss auf das Genom von Fliegenpopulationen haben, macht den Befund noch überzeugender, sagt Schmidt.

Ich denke, es ist fair zu sagen, dass wir so viel ökologischen Realismus wie möglich bewahrt haben, auf Kosten der Erkennung großer Auswirkungen. Wir haben gerade die relative Häufigkeit dieser Mikroben in der Nahrung der Fliegen verschoben, und das war genug, um eine Wirkung zu sehen."

Paul Schmidt, Penn-Biologe

Schmidt und Postdoktorand Seth Rudman, der Hauptautor des Papiers, nutzte die Tatsache, dass Fliegen im Vergleich zu anderen Organismen relativ einfache Mikrobiomgemeinschaften haben, wie der Mensch.

"Wenn Sie eine Untersuchung eines Säugetier-Mikrobioms durchführen, Viele der Bakterien, die Sie im Darm finden, sind unbekannt. " sagt Rudman. "Aber bei Fliegen ist das nicht der Fall. Es kommt einfach vor, dass Drosophila nur etwa 100 Arten in ihrer Mikrobiom-Gemeinschaft hat."

Andere Vorteile von Fruchtfliegen für diese Art von Studie sind ihre kurze Generationszeit – man kann mehrere Generationen in wenigen Monaten studieren – und die Tatsache, dass sie zu extrem hohen Populationsgrößen aufgezogen werden können. In diesem Fall, das bedeutete Hunderttausende von Fliegen in jedem Experiment.

Aus früheren Arbeiten, Wissenschaftler ahnten, dass das Mikrobiom mit Veränderungen der Fitness der Fliege in Verbindung stand. Fliegen aus nördlicheren Breiten neigen dazu, mehr Lactobacillus-Bakterien als Teil ihres Mikrobioms zu haben. und lebe auch länger, haben weniger Eier und sind toleranter gegenüber Stress. Südlichere Bevölkerungen, auf der anderen Seite, die dazu neigen, mehr von den Bakterien Acetobacter zu haben, hatte eine kürzere Lebensdauer, mehr Eier, und waren weniger stresstolerant. Die Arbeit im Labor zeigte, dass die Exposition von Fliegen diesen beiden Bakterienarten dieselben Merkmale hervorruft.

Aber könnten die Mikroben die Evolution ganzer Fliegenpopulationen vorantreiben? Um das zu testen, Schmidt, Rudmann, und Kollegen entwarfen einen Versuchsaufbau, um das Mikrobiom der Fliegen zu manipulieren. Sie brachten tausend Fliegen in jedes von mehreren Außengittergehegen, 2 Kubikmeter groß und mit Bodendecker und einem Pfirsichbaum geschmückt. Sie variierten das Essen in einigen Gehegen, Ergänzung mit Acetobacter oder Lactobacillus.

Die Forscher bestätigten, dass die Fütterung das Mikrobiom der Fliegen veränderte. wenn auch nur geringfügig. Das war genug, jedoch, ihre Gene zu beeinflussen. Vergleich der Genome der Fliegen zu Beginn der Studie mit dem Abschluss, nach fünf Generationen, Das Team konnte deutliche Veränderungen in der Häufigkeit bestimmter Allele – einer Variante eines Gens – ausmachen, die mit dem übereinstimmten, was in natürlichen Fliegenpopulationen beobachtet wurde.

„Wir fanden heraus, dass das Allel, das in den Käfigen mit Lactobacillus-Lösung häufiger vorkommt, auch das Allel ist, das im Norden häufiger vorkommt. wo Lactobacillus selbst häufiger vorkommt, " sagt Rudman. "Und das Allel, das in den Acetobacter-Käfigen häufiger vorkam, war auch das Allel, das im Süden häufiger vorkommt. wo Acetobacter häufiger vorkommt."

An die Forscher, dieser Befund verdeutlichte die Bedeutung des Einflusses der Mikroben.

"Das Endergebnis ist, Mikroben treiben eine schnelle Anpassung an, “, sagt Schmidt.

Ob sich dieser Effekt auf Menschen und andere Tiere übertragen lässt, muss weiter untersucht werden. sagen die Autoren, aber zahlreiche Studien haben die starke Wirkung des Mikrobioms unterstrichen.

In der zukünftigen Arbeit, die Forscher drehen das Skript um, testen, ob Veränderungen im genetischen Profil der Fliegen beeinflussen, welche Mikroben in ihrem Mikrobiom Fuß fassen können. Und sie werden auch genauer untersuchen, wie sich das sich verändernde Mikrobiom auf seinen Wirt auswirkt.

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