Wetenschap
Hoe poliepen van de maankwallen virale aanvallen op hun microbioom afweren
Bacteriofagen, of kortweg fagen, zijn virussen die bacteriën infecteren en doden via een lyseproces. Fagen kunnen bacteriën doden op of in een meercellig gastheerorganisme, zoals de poliep van de maankwal. Fagen zijn gespecialiseerd in specifieke bacteriën en kunnen de bacteriële samenstelling van het microbioom van een poliep aanzienlijk veranderen.
Het effect van fagen op het microbioom en daarmee de fitheid van poliepen is nog grotendeels onontgonnen. Microbiologen van de Universiteit van Kiel, onder leiding van professor Ruth Schmitz-Streit, hebben voor het eerst in laboratoriumexperimenten aangetoond dat poliepen snel regenereren na infectie met bacteriofagen.
De bevindingen suggereren dat de weerstand van het natuurlijke microbioom van de maankwal tegen fagen uit de Oostzee zeer uitgesproken is en bijdragen aan onze kennis van het effect van deze vaak over het hoofd geziene, kleine sleutelspelers op het microbioom en, uiteindelijk, de fitheid van de maankwal. . De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers in Microbiology .
Poliepen vertonen een hoge weerstand na een virusaanval
In het poliepstadium zitten de dieren vast aan de zeebodem en gebruiken ze hun tentakels om voedsel uit het water te vangen. Op het oppervlak van hun gestalkte lichaam bevinden zich talloze bacteriën die het zogenaamde microbioom vormen, dat een belangrijke rol speelt in de conditie van de poliep.
In eerdere onderzoeken hebben microbiologen van het Institute of General Microbiology al aangetoond hoe belangrijk het natuurlijke microbioom is voor de vegetatieve voortplanting van de maankwal en zijn verdediging tegen ziekteverwekkers.
In hun huidige onderzoek is onderzocht hoe het microbioom een infectie met bacteriofagen overleeft en wat de gevolgen zijn voor de poliepen. In laboratoriumexperimenten constateerden de onderzoekers dat het introduceren van de fagen leidde tot een significante verandering in de lichaamsvorm van de poliepen, maar slechts tijdelijk. Na de virusverdediging keerden de poliepen terug naar hun normale vorm.
"Nadat de poliepen waren behandeld met specifieke bacteriofagen, werden hun lichamen ernstig korter en ronder en verloren ze hun tentakels. Dit zijn meestal tekenen van poliepdood. We hebben echter geen enkele dode poliep gezien; integendeel, alle poliepen herstelden zich. Deze hoge veerkracht heeft ons volledig verrast”, zegt Melissa Stante, Ph.D. student in de onderzoeksgroep van Ruth Schmitz-Streit en eerste auteur van het onderzoek.
Testreeksen op behandelde poliepen laten een snel herstel van het microbioom zien
Een verklaring hiervoor zou kunnen zijn dat de poliepen, of beter gezegd hun microbioom, zich snel aanpassen aan de aanwezigheid van de fagen en daardoor blijvende schade kunnen voorkomen. De wetenschappers bemonsterden gedurende vijf dagen het microbioom van de poliepen. Ze ontdekten dat het meest voorkomende type bacterie, Mycoplasma, aanvankelijk afnam, maar zich na 24 uur herstelde.
“In de poliepen van maankwallen uit de Oostzee wordt het microbioom vooral gedomineerd door een specifieke bacterie, een niet-gecultiveerde Mycoplasma-bacterie. Deze kolonisator werd aanzienlijk verminderd door het toedienen van fagen. Hierdoor konden andere bacteriën tijdelijk de dominantie verwerven.
"De exacte factoren die de initiële reductie, maar ook de daaropvolgende snelle regeneratie van het Mycoplasma bevorderen, zijn nu het onderwerp van verder onderzoek", zegt PD Dr. Nancy Weiland-Bräuer. De dynamiek in de samenstelling van het microbioom was gesynchroniseerd met de vervorming van de poliepen.
Faag-microbioom-gastheer-interacties hebben trapsgewijze effecten op het ecosysteem
Kennis van de dynamische interactie tussen de maankwal, zijn microbioom en fagen draagt bij aan het begrijpen van de cycli van voedingsstoffen en elementen in de zee. Tegelijkertijd speelt het proces een essentiële rol bij het begrijpen van de stabiliteit van ecosystemen en is het een bouwsteen voor onderzoek naar ziekten in het ecosysteem van de Oostzee.
Bovendien zullen de resultaten bijdragen aan het onderzoeksinitiatief "Ocean Health", dat zich richt op de impact van gezondheid en ziekte in de context van klimaatverandering en mogelijke toekomstige milieuomstandigheden. Naast het lyseren van bacteriën kunnen fagen genetisch materiaal uitwisselen met gastheermicro-organismen, waardoor het microbioom zich kan aanpassen aan veranderende omgevingsomstandigheden.
“De snelle regeneratie van de poliepvorm na faagbehandeling lijkt te correleren met het herstel van het natuurlijke microbioom van de maankwallen. Dit is een sterke aanwijzing dat de resistentie van het microbioom van de maankwallen tegen fagen uit de Oostzee zeer uitgesproken is.
“De factoren die het microbioom zo veerkrachtig maken, kunnen ook belangrijke aanwijzingen geven over hoe we het gezonde microbioom bij mensen kunnen beschermen. We bevinden ons echter nog in de relatief vroege stadia van fundamenteel onderzoek”, zegt professor dr. Ruth Schmitz-Streit, hoofd van het onderzoek. van de onderzoeksgroep.