Tarmmikrober i getingar hjälper till att övervinna bekämpningsmedel

En spännande studie publicerad i tidningen i februari 2020 Cellvärd och mikrobe rapporterar att när getingar utsätts för atrazin, ett vanligt bekämpningsmedel, tarmmikrobiomet genomgår förändringar som hjälper dem att övervinna de negativa effekterna av exponeringen. Dessutom, ändringarna vidarebefordras till avkomman, vilket innebär att nästa generation också kommer att ärva atrazinresistens även utan att utsättas för kemikalien.

Bekämpningsmedel används i stor utsträckning för att bekämpa insekter som uppfattas som skadedjur och utgör en stor utmaning för många insekters överlevnad, fåglarna som rov på dem, och växterna befruktade av dem, bland annat. Bland alla bekämpningsmedel, atrazine är tvåa i volym såld över hela världen. Atrazin är känt för att ha många effekter på djur. Dock, inte mycket är känt om hur det påverkar mikroberna som lever inuti dessa djurvärdar.

Vanlig geting, Vespula vulgaris. Bildkredit:Maciej Olszewski

Studien

För att ta reda på vad som händer med tarmmikroberna hos djur som utsätts för atrazin på ett kontinuerligt eller akut sätt, på nivåer som inte är tillräckligt höga för att döda dem, forskarna valde en getingart som heter Nasonia vitripennis. De utsatte getingarna för 300 ppb (delar per miljard) atrazin, vilket är vad pollinatorer vanligtvis utsätts för i ett nybehandlat fält eller en ström.

De utsatte en annan grupp för 30 ppb i 36 generationer.

En tredje grupp som utsattes för 30 ppb atrazin byttes till en atrazinfri miljö från generation 26 till 35.

De tittade på RNA -kopiorna från de drabbade getingarna, och de resulterande proteinerna som producerades, över 36 på varandra följande generationer av getingar.

I ett annat experiment, getingarna uppföddes i en bakteriefri miljö. I en undergrupp av dessa getingar, tarmmikrobiomen för atrazinexponerade getingar transplanterades till den icke-exponerade gruppen. Närvaron av atrazintolerans söktes i båda dessa grupper.

Resultaten

Utredarna fann att om dessa getingar utsattes för 300 ppb atrazin, de genomgick förändringar i immunfunktionen, på det sätt som deras mitokondrier fungerar, och deras övergripande beteende.

Den första generationen utsatta getingar upplevde beteendeförändringar i form av en förändrad tarmbakteriepopulation. Som ett resultat, bakterierna blev mer olika och det totala antalet bakterier blev större. Tarmbakteriemönster ärvs från modersidan.

Forskarna fann ett liknande skift i tarmmikrobiom med så lite som 30 ppb, faktiskt. Och denna förändring var också ärftlig.

Med denna exponering över 36 generationer, dödsfallet på grund av detta bekämpningsmedel sjönk tiofaldigt, och en annan anmärkningsvärd händelse noterades. Trots att den inte utsatts för någon annan ogräsmedel eller ogräsdödare som kallas glyfosat, getingarna visade också immunitet mot denna förening också.

I den tredje gruppen, där getingarna på 30 ppb atrazin sattes på en diet från vilken atrazinexponering uppenbart saknades under de kommande 6 generationerna, bakteriemikrobiomet i tarmen vägrade envist att återgå till det tidigare mönstret, och höll fast vid föräldramönstret.

I atrazine-exponerade getingar, en anmärkningsvärd förändring observerades i densiteten hos de sällsynta tarmbakteriearterna Serratia marcescens liksom av Pseudomonas protegens . Dessa bakterier bryter ner atrazin, minska den skadliga inverkan på getingen. Dessa bakterier matades till atrazin-oexponerade getingar och deras tolerans bedömdes.

Getingar uppfostrade i en tarmfri miljö visade en förlust av den tidigare ärvda atrazintoleransen. Men när tarmmikrobiomen för atrazinexponerade getingar transplanterades till dessa icke-exponerade getingar, de blev toleranta mot atrazin. Detta visar att tarmmikrobiomet spelar en nyckelroll i bekämpningsmedelsresistens i detta fall via symbio, både för föreningen som den utsätts för och för andra som ingen exponering hittills har inträffat mot.

När S. marcescens och P. protegens matades till icke-exponerade getingar, de fick också atrazinresistens.

Sammanfattning

Utredaren Robert Brucker säger, "Övergripande, vi visar att resistens mot flera bekämpningsmedel kan uppstå i en befolkning som utsätts för sub-toxiska koncentrationer, att mikrobiomet underlättar detta motstånd, och att det ger resistens mot andra bekämpningsmedel som värddjuret aldrig tidigare har utsatts för. Detta resultat indikerar att störningen av mikrobiomet efter akut exponering för atrazin ärvs i generationer, även efter att exponeringen har tagits bort. ”

Forskarna drar slutsatsen att konstant exponering för atrazin vid subletala doser orsakar en förändring av det mikrobiella mönstret i getingens tarm. Detta får värden att utveckla resistens som ett resultat av nedbrytningen av den giftiga föreningen. Detta är alltså ett fall av höghastighetsanpassning av värden till miljön via tarmsymbioner, för att övervinna nya gifter.

Implikationer

Ekologer måste notera att sådana förändringar i tarmmikrobiomet, som påverkar funktionen och kan överföras till på varandra följande generationer, måste vara en del av den breda utvärderingen av ett bekämpningsmedels effekt på olika former av liv, och som en del av hanteringsstrategin också.

Atrazin-metaboliserande gener har också hittats hos vilda bin som utsatts för detta bekämpningsmedel. Denna studie visar möjligheten till liknande fynd i en rad olika arter i dussintals generationer sedan bekämpningsmedlet började användas på 1950 -talet.

Brucker påpekar, "I sista hand, dessa effekter kan ha konsekvenser för värdbeteende, metabolisk stress, immunkompetens, och värdmikrobiotreglering. ”

Framtiden

Forskarna vill nu undersöka de specifika gener som är utvalda för atrazinexponering, och deras roller i utvecklingen av resistens mot toxinerna och för att reglera mikrobiomet. Dessutom, de överväger utvecklingen av probiotika för att skydda honungsbin mot toxiciteten hos flera bekämpningsmedel.

Bakterier kan också användas på liknande sätt för att städa upp ett oljeutsläpp från oceanerna, som ett probiotikum hos människor som utsätts för toxiner på låg nivå, eller för att skydda människor, växter och djur som oavsiktligt påverkas av användning av bekämpningsmedel mot andra arter. De sammanfattar:”Ytterligare värdmikrobiomstudier av multi-generations exponering för xenobiotiska föreningar behövs, särskilt mot bakgrund av den ökade risken för xenobiotisk exponering för människor, växter, djur, svampar, och bakterier över hela världen. ”

• Princeton -forskare hittar samband mellan mikrober och cancer hos hotade Kalifornienrävar
• Forskargruppen undersöker skillnader i antibiotikaresistens mellan tarm- och munmikrobiomet