Črevné mikróby vo vosách pomáhajú prekonať pesticídy

Zaujímavá štúdia publikovaná vo februári 2020 v časopise Bunkový hostiteľ a mikrób uvádza, že keď sú osy vystavené atrazínu, bežne používaný pesticíd, črevný mikrobióm prechádza zmenami, ktoré im pomáhajú prekonať nepriaznivé účinky expozície. Navyše, zmeny sa prenesú na potomstvo, čo znamená, že budúca generácia zdedí odolnosť voči atrazínu aj bez toho, aby bola vystavená chemikáliám.

Pesticídy sa široko používajú na kontrolu druhov hmyzu, ktoré sú vnímané ako škodcovia, a predstavujú veľkú výzvu pre prežitie mnohých druhov hmyzu, vtáky, ktoré ich lovia, a nimi oplodnené rastliny, okrem iného. Medzi všetkými pesticídmi, atrazín je druhým z hľadiska objemu predaného po celom svete. Je známe, že atrazín má na zvieratá mnoho účinkov. Avšak, nie je veľa známe o tom, ako to ovplyvňuje mikróby žijúce v týchto zvieracích hostiteľoch.

Osa obyčajná, Vespula vulgaris. Obrazový kredit:Maciej Olszewski

Štúdium

Aby sme zistili, čo sa deje s črevnými mikróbmi u zvierat vystavených atrazínu kontinuálnym alebo akútnym spôsobom, na úrovniach, ktoré nie sú dostatočne vysoké na to, aby ich zabili, vedci vybrali druh osy tzv Nasonia vitripennis. Osy vystavili atrazínu 300 ppb (ppm) čomu sú opeľovače spravidla vystavené v čerstvo ošetrenom poli alebo toku.

Ďalšiu skupinu vystavili 30 ppb počas 36 generácií.

Tretia skupina vystavená 30 ppb atrazínu prešla z generácie 26 na 35 do prostredia bez atrazínu.

Pozreli sa na kópie RNA, ktoré vytvorili postihnuté osy, a výsledné proteíny, ktoré boli vyrobené, viac ako 36 po sebe idúcich generácií osí.

V inom experimente, osy boli chované v prostredí bez zárodkov. V podskupine týchto osí, črevný mikrobiom voskov vystavených atrazínu bol transplantovaný do neexponovanej skupiny. V oboch týchto skupinách sa hľadala prítomnosť tolerancie k atrazínu.

Nález

Vyšetrovatelia zistili, že ak boli tieto osy vystavené 300 ppb atrazínu, prešli zmenami imunitných funkcií, v spôsobe, akým fungujú ich mitochondrie, a ich celkové správanie.

Prvá generácia exponovaných osí zaznamenala zmeny v správaní vo forme zmenenej črevnej bakteriálnej populácie. Ako výsledok, baktérie sa stali rozmanitejšími a celkový počet baktérií sa zvýšil. Črevné bakteriálne vzorce sú zdedené z materskej strany.

Vedci zistili podobný posun v črevnom mikrobióme až s 30 ppb, v skutočnosti. A táto zmena bola tiež dedičná.

S touto expozíciou viac ako 36 generácií, miera úmrtia v dôsledku tohto pesticídu klesla desaťnásobne, a bol zaznamenaný ďalší pozoruhodný výskyt. Napriek tomu, že nebol vystavený inému herbicídu alebo hubiču burín nazývaným glyfosát, osy tiež vykazovali imunitu voči tejto zlúčenine.

V tretej skupine, kde osy na 30 ppb atrazíne boli zaradené do diéty, v ktorej expozícia atrazínu ďalších 6 generácií nápadne chýbala, bakteriálny mikrobióm v ich črevách sa tvrdohlavo odmietal vrátiť k predchádzajúcemu modelu, a držal sa rodičovského vzoru.

U osí vystavených atrazínu pozoruhodná zmena bola pozorovaná v hustote vzácnych črevných bakteriálnych druhov Serratia marcescens ako aj z Pseudomonas protegens . Tieto baktérie rozkladajú atrazín, zníženie škodlivého vplyvu na osu. Tieto baktérie boli kŕmené vosami neexponovanými atrazínom a bola hodnotená ich tolerancia.

Osy chované v prostredí bez čriev vykazovali stratu predchádzajúcej dedičnej tolerancie voči atrazínu. Ale keď bol črevný mikrobióm vosok vystavených atrazínu transplantovaný do týchto neexponovaných osí, stali sa tolerantnými voči atrazínu. To ukazuje, že črevný mikrobióm hrá v tomto prípade kľúčovú úlohu v odolnosti voči pesticídom prostredníctvom symbio, ako voči zlúčenine, ktorej je vystavená, tak voči iným, voči ktorým doposiaľ nedošlo k žiadnej expozícii.

Kedy S. marcescens a P. protegens boli kŕmené neexponovanými osami, získali aj odolnosť voči atrazínu.

Zhrnutie

Vyšetrovateľ Robert Brucker hovorí:“Celkovo demonštrujeme, že rezistencia na viacnásobné pesticídy môže vzniknúť v populácii, ktorá je vystavená subtoxickým koncentráciám, že mikrobióm uľahčuje túto odolnosť, a že poskytuje odolnosť voči iným pesticídom, ktorým hostiteľské zviera nikdy predtým nebolo vystavené. Tento výsledok naznačuje, že narušenie mikrobiómu po akútnom vystavení atrazínu je dedičné medzi generáciami, aj po odstránení expozície. “

Vedci dospeli k záveru, že konštantná expozícia atrazínu v subletálnych dávkach spôsobuje zmenu mikrobiálneho usporiadania vo vnútri osieho čreva. To spôsobuje, že hostiteľ si vytvorí rezistenciu v dôsledku rozkladu toxickej zlúčeniny. Ide teda o prípad vysokorýchlostnej adaptácie hostiteľa na prostredie prostredníctvom črevných symbiontov, s cieľom prekonať nové toxíny.

Dôsledky

Ekológovia musia poznamenať, že tieto zmeny v črevnom mikrobióme, ktoré ovplyvňujú funkciu a môžu byť odovzdané ďalším generáciám, musí byť súčasťou rozsiahleho hodnotenia účinku pesticídov na rôzne formy života, a tiež ako súčasť stratégie zvládania.

Gény metabolizujúce atrazín sa našli aj u divých včiel vystavených tomuto pesticídu. Táto štúdia ukazuje možnosť podobných nálezov v celom rade druhov po desiatky generácií, odkedy sa pesticíd začal používať v päťdesiatych rokoch minulého storočia.

Brucker poukazuje na to, "Nakoniec, tieto efekty môžu mať dôsledky na správanie hostiteľa, metabolický stres, imunokompetencia, a regulácia hostiteľskej mikrobioty. “

Budúcnosť

Vedci by sa teraz chceli pozrieť na konkrétne gény, pre ktoré sú vybrané expozícia atrazínu, a ich úlohy vo vývoji odolnosti voči toxínom a v regulácii mikrobiómu. Navyše, zvažujú vývoj probiotík na ochranu včiel medonosných pred toxicitou viacerých pesticídov.

Baktérie by sa dali podobne použiť aj na čistenie ropnej škvrny v oceáne, ako probiotikum u ľudí vystavených nízkoúrovňovým toxínom, alebo na ochranu ľudí, rastliny a zvieratá, ktoré sú neúmyselne zasiahnuté používaním pesticídov proti iným druhom. Zhrňujú sa:„Sú potrebné ďalšie štúdie hostiteľských mikrobiómov o viacgeneračnej expozícii xenobiotickým zlúčeninám, najmä vzhľadom na zvýšené riziko expozície xenobiotík ľuďom, rastliny, zvieratá, huby, a baktérie na celom svete. “

• Vedci z Princetonu našli spojenie medzi mikróbmi a rakovinou ohrozených kalifornských líšok
• Výskumná skupina skúma rozdiely v odolnosti voči antibiotikám medzi črevným a ústnym mikrobiómom