Microbioma alterado em moscas-das-frutas pode levar à mudança evolutiva

A expressão "você é o que você come" ganhou um novo significado. Em um experimento com moscas de fruta, ou Drosophila melanogaster, pesquisadores da Universidade da Pensilvânia descobriram que adicionar diferentes espécies de micróbios à comida das moscas fazia com que as populações divergissem geneticamente, acumulando mudanças genômicas significativas em apenas cinco gerações.

"Nosso trabalho é muito sugestivo de que a composição da comunidade microbiana impulsiona, pelo menos em parte, como os organismos em que vivem estão evoluindo, "diz Paul Schmidt, um biólogo da Penn e autor sênior do trabalho, que aparece no jornal PNAS . "O fato de podermos ver esse efeito em experimentos feitos em uma escala de tempo tão curta sugere que a magnitude dos efeitos de aptidão que os micróbios têm é incrível."

Ao contrário de um experimento de laboratório, onde todos os aspectos possíveis do ambiente são controlados, desde a genética das próprias moscas até a temperatura e dieta, a fim de ampliar as diferenças entre os tratamentos, este conjunto de experimentos foi realizado ao ar livre, na Pennovation Works no campus da Penn. O cenário reflete mais de perto a natureza, sujeito ao clima, mudanças sazonais, até mesmo a estranha aranha ou grão de sujeira se intrometendo nos cercados.

O fato de que, apesar das influências potenciais desses fatores externos, os pesquisadores ainda descobriram que as mudanças no microbioma têm um efeito significativo nos genomas das populações de moscas, torna a descoberta ainda mais atraente, Schmidt diz.

Acho que é justo dizer que preservamos o máximo de realismo ecológico que podíamos às custas da detecção de grandes efeitos. Acabamos de mudar a abundância relativa desses micróbios na dieta das moscas, e isso foi o suficiente para ver um efeito. "

Paul Schmidt, Biólogo Penn

Schmidt e seu colega de pós-doutorado Seth Rudman, o autor principal do artigo, aproveitou o fato de que as moscas têm comunidades de microbiomas relativamente simples em comparação com outros organismos, como os humanos.

"Se você fizer uma pesquisa no microbioma de um mamífero, muitas das bactérias que você encontra no intestino são desconhecidas, "diz Rudman." Mas esse não é o caso das moscas. Acontece que Drosophila tem apenas cerca de 100 espécies em sua comunidade microbioma. "

Outros benefícios das moscas-das-frutas para este tipo de estudo incluem seu curto tempo de geração - pode-se estudar várias gerações em questão de meses - e o fato de que podem ser criadas em tamanhos populacionais extremamente elevados. Nesse caso, isso significava centenas de milhares de moscas em cada experimento.

De trabalhos anteriores, os cientistas suspeitaram que o microbioma estava ligado a mudanças na aptidão da mosca. Moscas de latitudes mais ao norte tendem a ter mais bactérias Lactobacillus como parte de seu microbioma, e também viver mais, têm menos ovos e são mais tolerantes ao estresse. Mais populações ao sul, por outro lado, que tendem a ter mais da bactéria Acetobacter, tinha expectativa de vida mais curta, mais ovos, e eram menos tolerantes ao estresse. O trabalho no laboratório mostrou que a exposição das moscas a esses dois tipos de bactérias produzia essas mesmas características.

Mas poderiam os micróbios impulsionar a evolução de populações inteiras de moscas? Para testar isso, Schmidt, Rudman, e colegas desenvolveram uma configuração experimental para manipular os microbiomas das moscas. Eles introduziram mil moscas em cada um dos vários compartimentos de malha ao ar livre, 2 metros cúbicos de tamanho e adornado com cobertura de solo e um pessegueiro. Eles variaram a comida em alguns dos recintos, complementando-o com Acetobacter ou Lactobacillus.

Os pesquisadores confirmaram que a alimentação alterou os microbiomas das moscas, embora apenas ligeiramente. Isso foi o suficiente, Contudo, para afetar seus genes. Comparando os genomas das moscas no início do estudo com a conclusão, depois de cinco gerações, a equipe conseguiu identificar mudanças distintas na frequência de certos alelos - uma variante de um gene - que eram consistentes com o que foi visto em populações naturais de moscas.

"Descobrimos que o alelo mais comum nas gaiolas de solução de Lactobacillus também era o alelo mais comum no norte, onde o próprio Lactobacillus é mais comum, "diz Rudman." E o alelo que era mais comum nas gaiolas de Acetobacter também era o alelo mais comum no sul, onde Acetobacter é mais comum. "

Para os pesquisadores, essa descoberta enfatizou a importância da influência dos micróbios.

"O resultado final é, micróbios impulsionam a adaptação rápida, "Schmidt diz.

Se esse efeito se traduz em humanos e outros animais é um assunto para um estudo mais aprofundado, os autores dizem, mas vários estudos enfatizaram o efeito potente do microbioma.

Em trabalho futuro, os pesquisadores estarão invertendo o script, testes para ver se as mudanças nos perfis genéticos das moscas influenciam quais micróbios podem ganhar uma posição em seus microbiomas. E eles também investigarão mais profundamente para determinar precisamente como o microbioma mutante afeta seu hospedeiro.

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