Črevesni mikrobi v oseh pomagajo premagati pesticide

Zanimiva študija, objavljena februarja 2020 v reviji Gostitelji celic in mikrobi poroča, da ko so ose izpostavljene atrazinu, pogosto uporabljen pesticid, črevesni mikrobiom doživi spremembe, ki jim pomagajo premagati škodljive učinke izpostavljenosti. Poleg tega spremembe se prenesejo na potomce, kar pomeni, da bo tudi naslednja generacija podedovala odpornost proti atrazinu, ne da bi bila izpostavljena kemikalijam.

Pesticidi se pogosto uporabljajo za zatiranje vrst žuželk, ki veljajo za škodljivce in predstavljajo velik izziv za preživetje številnih vrst žuželk, ptice, ki jih lovijo, in rastline, ki so jih oplodili, med drugim. Med vsemi pesticidi, atrazin je drugi po količini prodane po vsem svetu. Znano je, da ima atrazin številne učinke na živali. Vendar pa ni veliko znanega o tem, kako vpliva na mikrobe, ki živijo v teh živalskih gostiteljih.

Navadna osa, Vespula vulgaris. Zasluge za sliko:Maciej Olszewski

Študij

Če želite izvedeti, kaj se dogaja s črevesnimi mikrobi pri živalih, izpostavljenih atrazinu neprekinjeno ali akutno, na nivojih, ki niso dovolj visoki, da bi jih ubili, raziskovalci so izbrali vrsto osi, imenovano Nasonia vitripennis. Ose so izpostavili 300 ppb (delov na milijardo) atrazina, česar so opraševalci običajno izpostavljeni na sveže obdelanem polju ali potoku.

Drugo skupino so 36 generacij izpostavili 30 ppb.

Tretja skupina, izpostavljena 30 ppb atrazina, je bila iz generacije 26 do 35 preusmerjena v okolje brez atrazina.

Ogledali so si kopije RNA, ki so jih naredile prizadete ose, in nastale beljakovine, ki so nastale, več kot 36 zaporednih generacij os.

V drugem poskusu, osi so bile vzgojene v okolju brez kalčkov. V podskupini teh ose, črevesni mikrobiom os, izpostavljenih atrazinu, je bil presajen v skupino, ki ni bila izpostavljena. V obeh skupinah so iskali prisotnost tolerance na atrazin.

Ugotovitve

Preiskovalci so ugotovili, da če bi bile te ose izpostavljene 300 ppb atrazina, doživeli so spremembe v imunski funkciji, na način delovanja njihovih mitohondrijev, in njihovo splošno vedenje.

Prva generacija izpostavljenih ose je doživela vedenjske spremembe v obliki spremenjene črevesne bakterijske populacije. Kot rezultat, bakterije so postale bolj raznolike in skupno število bakterij je postalo večje. Črevesni bakterijski vzorci se podedujejo z materine strani.

Raziskovalci so ugotovili podoben premik črevesnega mikrobioma s samo 30 ppb, pravzaprav. In ta sprememba je bila tudi dedna.

S to izpostavljenostjo več kot 36 generacij, smrtnost zaradi tega pesticida se je desetkrat zmanjšala, in zabeležil je še en izjemen dogodek. Kljub temu, da niste bili izpostavljeni drugemu herbicidu ali uničevalcu plevelov, imenovanemu glifosat, tudi ose so pokazale odpornost na to spojino.

V tretji skupini, kjer so bile ose na 30 ppb atrazina postavljene na dieto, pri kateri izpostavljenost atrazinu v naslednjih 6 generacijah ni bila opazna, bakterijski mikrobiom v črevesju se trmasto ni hotel vrniti na prejšnji vzorec, in se držal starševskega vzorca.

Pri oseh, izpostavljenih atrazinu, opazili smo izjemno spremembo v gostoti redkih črevesnih bakterijskih vrst Serratia marcescens pa tudi od Proteini Pseudomonas . Te bakterije razgrajujejo atrazin, zmanjšanje škodljivega vpliva na ose. Te bakterije so krmili osam, ki niso bile izpostavljene atrazinu, in ocenili njihovo toleranco.

Ose, gojene v okolju brez črevesja, so pokazale izgubo prejšnje dedne tolerance na atrazin. Ko pa so črevesni mikrobiom os, izpostavljenih atrazinu, presadili v te neobremenjene ose, postali so strpni do atrazina. To kaže, da ima črevesni mikrobiom ključno vlogo pri odpornosti na pesticide v tem primeru prek symbio, tako spojini, ki ji je izpostavljena, kot drugim, do katerih doslej še ni prišlo do izpostavljenosti.

Kdaj S. marcescens in Proteini P. so jih hranili z neobremenjenimi osami, pridobili so tudi odpornost proti atrazinu.

Povzetek

Preiskovalec Robert Brucker pravi, "Na splošno, dokazujemo, da se lahko pri populaciji, ki je izpostavljena subtoksičnim koncentracijam, pojavi odpornost na več pesticidov, da mikrobiom olajša to odpornost, in da zagotavlja odpornost proti drugim pesticidom, ki jim gostiteljska žival še nikoli ni bila izpostavljena. Ta rezultat kaže, da se motnje v mikrobiomu po akutni izpostavljenosti atrazinu podedujejo skozi generacije, tudi po odstranitvi izpostavljenosti. "

Raziskovalci ugotavljajo, da stalna izpostavljenost atrazinu v subletalnih odmerkih povzroči spremembo mikrobnega vzorca v črevesju ose. To povzroči, da gostitelj razvije odpornost zaradi razgradnje strupene spojine. To je torej primer hitrega prilagajanja gostitelja okolju prek črevesnih simbiontov, za premagovanje novih toksinov.

Posledice

Ekologi morajo upoštevati, da takšne spremembe v črevesnem mikrobiomu, ki vplivajo na delovanje in se lahko prenesejo na naslednje generacije, mora biti del obsežnega vrednotenja učinka pesticida na različne oblike življenja, in kot del strategije obvladovanja.

Gene, ki presnavljajo atrazin, so našli tudi pri divjih čebelah, izpostavljenih temu pesticidu. Ta študija kaže možnost podobnih ugotovitev pri vrsti vrst za več deset generacij, odkar se je pesticid začel uporabljati v petdesetih letih prejšnjega stoletja.

Brucker poudarja, "Na koncu, ti učinki bi lahko imeli posledice na vedenje gostitelja, presnovni stres, imunokompetentnost, in regulacijo mikrobiote gostitelja. "

Prihodnost

Raziskovalci bi zdaj želeli preučiti posebne gene, za katere je izbrana izpostavljenost atrazinu, in njihovo vlogo pri razvoju odpornosti na toksine in pri uravnavanju mikrobioma. Poleg tega razmišljajo o razvoju probiotikov za zaščito čebel pred strupenostjo več pesticidov.

Podobno bi lahko uporabili tudi bakterije za čiščenje razlitja oceanske nafte, kot probiotik pri ljudeh, izpostavljenih nizko vsebnim toksinom, ali za zaščito ljudi, rastline in živali, ki so zaradi uporabe pesticidov proti drugim vrstam nenamerno prizadete. Povzemajo:"Potrebne so nadaljnje študije mikrobioma gostitelja o večgeneracijski izpostavljenosti ksenobiotičnim spojinam, zlasti glede na povečano tveganje izpostavljenosti ksenobiotikom pri ljudeh, rastline, živali, glive, in bakterije po vsem svetu. "

• Raziskovalci iz Princetona ugotavljajo povezavo med mikrobi in rakom pri ogroženih kalifornijskih lisicah
• Raziskovalna skupina preučuje razlike v odpornosti na antibiotike med črevesnim in ustnim mikrobiomom