Pesticiden worden veel gebruikt om insectensoorten te bestrijden die als ongedierte worden beschouwd en vormen een grote uitdaging voor het voortbestaan van talrijke soorten insecten, de vogels die op hen jagen, en de planten die erdoor bevrucht worden, onder andere. Van alle pesticiden, atrazin is de tweede in termen van verkochte volumes over de hele wereld. Van atrazine is bekend dat het veel effecten heeft op dieren. Echter, er is niet veel bekend over hoe het de microben beïnvloedt die in deze dierlijke gastheren leven.
Gewone wesp, Vespula vulgaris. Afbeelding tegoed:Maciej Olszewski Om erachter te komen wat er gebeurt met de darmmicroben bij dieren die continu of acuut aan atrazine worden blootgesteld, op niveaus die niet hoog genoeg zijn om ze te doden, de onderzoekers kozen een wespensoort genaamd Nasonia vitripennis. Ze stelden de wespen bloot aan 300 ppb (parts per billion) atrazine, dat is waar bestuivers doorgaans aan worden blootgesteld in een pas behandeld veld of stroom.
Ze stelden een andere groep gedurende 36 generaties bloot aan 30 ppb.
Een derde groep die werd blootgesteld aan 30 ppb atrazine werd van generatie 26 tot 35 overgeschakeld naar een atrazine-vrije omgeving.
Ze keken naar de RNA-kopieën gemaakt door de aangetaste wespen, en de resulterende eiwitten die werden geproduceerd, meer dan 36 opeenvolgende generaties wespen.
In een ander experiment, de wespen werden gekweekt in een kiemvrije omgeving. In een subgroep van deze wespen, het darmmicrobioom van aan atrazine blootgestelde wespen werd getransplanteerd in de niet-blootgestelde groep. In beide groepen werd gezocht naar de aanwezigheid van atrazinetolerantie.
De onderzoekers ontdekten dat als deze wespen werden blootgesteld aan 300 ppb atrazine, ze ondergingen veranderingen in de immuunfunctie, in de manier waarop hun mitochondriën werken, en hun algehele gedrag.
De eerste generatie blootgestelde wespen ervoeren gedragsveranderingen in de vorm van een veranderde darmbacteriële populatie. Als resultaat, de bacteriën werden diverser en het totale aantal bacteriën werd groter. Darmbacteriële patronen worden geërfd van de moederzijde.
De onderzoekers vonden een vergelijkbare verschuiving in het darmmicrobioom met slechts 30 ppb, in feite. En deze verandering was ook erfelijk.
Met deze blootstelling meer dan 36 generaties, het sterftecijfer als gevolg van dit bestrijdingsmiddel is vertienvoudigd, en een ander opmerkelijk voorval werd opgemerkt. Ondanks dat het niet wordt blootgesteld aan een ander herbicide of onkruidverdelger genaamd glyfosaat, de wespen vertoonden ook immuniteit voor deze verbinding.
In de derde groep, waar de wespen op 30 ppb atrazin op een dieet werden gezet waarvan de blootstelling aan atrazine opvallend afwezig was gedurende de volgende 6 generaties, het bacteriële microbioom in hun darm weigerde koppig terug te keren naar het eerdere patroon, en klampte zich vast aan het ouderlijk patroon.
In aan atrazine blootgestelde wespen, er werd een opmerkelijke verandering waargenomen in de dichtheid van de zeldzame darmbacteriën Serratia marcescens evenals van Pseudomonas protegens . Deze bacteriën breken atrazine af, het verminderen van de schadelijke impact op de wesp. Deze bacteriën werden gevoerd aan atrazin-onblootgestelde wespen en hun tolerantie werd beoordeeld.
Wespen die in een darmvrije omgeving waren grootgebracht, vertoonden een verlies van de vorige erfelijke atrazine-tolerantie. Maar toen het darmmicrobioom van aan atrazine blootgestelde wespen werd getransplanteerd in deze niet-blootgestelde wespen, ze werden tolerant voor atrazin. Dit toont aan dat het darmmicrobioom in dit geval een sleutelrol speelt bij resistentie tegen pesticiden via symbio, zowel aan de verbinding waaraan het wordt blootgesteld als aan anderen waaraan tot nu toe geen blootstelling heeft plaatsgevonden.
Wanneer S. marcescens en P. protegenen werden gevoerd aan niet-blootgestelde wespen, ze kregen ook resistentie tegen atrazin.
Onderzoeker Robert Brucker zegt:"Algemeen, we tonen aan dat resistentie tegen meerdere pesticiden kan ontstaan in een populatie die wordt blootgesteld aan subtoxische concentraties, dat het microbioom deze weerstand faciliteert, en dat het resistentie biedt tegen andere pesticiden waaraan het gastdier nooit eerder is blootgesteld. Dit resultaat geeft aan dat de verstoring van het microbioom na acute blootstelling aan atrazine van generatie op generatie wordt geërfd, zelfs nadat de blootstelling is verwijderd.”
De onderzoekers concluderen dat constante blootstelling aan atrazine in subletale doses een verandering in het microbiële patroon in de wespendarm veroorzaakt. Dit zorgt ervoor dat de gastheer resistentie ontwikkelt als gevolg van de afbraak van de giftige verbinding. Dit is dus een geval van snelle aanpassing door de gastheer aan de omgeving via darmsymbionten, om nieuwe toxines te overwinnen.
Ecologen moeten opmerken dat dergelijke veranderingen in het darmmicrobioom, die de functie beïnvloeden en kunnen worden doorgegeven aan opeenvolgende generaties, moet deel uitmaken van de brede evaluatie van het effect van een bestrijdingsmiddel op verschillende vormen van leven, en ook als onderdeel van de copingstrategie.
Atrazin-metaboliserende genen zijn ook gevonden in wilde bijen die aan dit bestrijdingsmiddel zijn blootgesteld. Deze studie toont de mogelijkheid aan van vergelijkbare bevindingen bij een reeks soorten gedurende tientallen generaties sinds het pesticide in de jaren vijftig werd gebruikt.
Brucker wijst erop, “Uiteindelijk, deze effecten kunnen gevolgen hebben voor het gedrag van de gastheer, metabole stress, immuuncompetentie, en gastheer-microbiota regulering.”
De onderzoekers willen nu kijken naar de specifieke genen waarop wordt geselecteerd door blootstelling aan atrazine, en hun rol bij de ontwikkeling van resistentie tegen de toxines en bij het reguleren van het microbioom. In aanvulling, ze overwegen de ontwikkeling van probiotica om honingbijen te beschermen tegen de toxiciteit van meerdere pesticiden.
Bacteriën kunnen ook op dezelfde manier worden gebruikt om een olievlek in de oceaan op te ruimen, als een probioticum bij mensen die worden blootgesteld aan toxines op een laag niveau, of om mensen te beschermen, planten en dieren die onbedoeld worden aangetast door het gebruik van pesticiden tegen andere soorten. Ze vatten samen:"Verdere gastheer-microbioomstudies naar blootstelling van meerdere generaties aan xenobiotische verbindingen zijn nodig, vooral in het licht van het verhoogde risico van xenobiotische blootstelling aan mensen, planten, dieren, schimmels, en bacteriën over de hele wereld.”
Darmmicrobiota kan de ernst van COVID-19 voorspellen
Goed nieuws voor IBS-patiënten, aangezien onderzoekers "darm jeuk" identificeren
De eerste bevindingen van het Human Microbiome Project leidden tot 'honderden vervolgonderzoeken'
Maatregelen om overdracht van SARS-CoV-2 via afvalwater in arme regio's te voorkomen
Biologische therapie kan het risico op ernstige COVID-19 verminderen
Het vaginale microbioom kan de werkzaamheid van hiv-preventietherapie beïnvloeden
Orale seks kan bacteriële vaginose veroorzaken
Een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift PLOS Biologie heeft aangetoond dat diverse microbiële populaties vaginale kolonisatie van pathogenen kunnen vergemakkelijken, wat op zijn beurt de k
Onderzoek kijkt naar aerobiomen,
bomen en gevolgen voor de volksgezondheid Micro-organismen in de omgeving spelen een essentiële rol in de menselijke gezondheid – de diversiteit van het consortium, des te beter. Diversiteit in de mic
Een multi-omics-benadering van de ontwikkeling van medicijnen tegen COVID-19
Een nieuwe studie gepubliceerd op de preprint-server medRxiv* in mei 2020 meldt een multi-omics-aanpak die het gemakkelijker zou kunnen maken om medicijnen te ontwikkelen die effectief zijn tegen CO