Ульи — кладезь микробных секретов города

Отходы жизнедеятельности медоносных пчёл в своих ульях могут содержать ценную информацию о состоянии здоровья населения наших городов. В исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Environmental Microbiome , учёные представили новый метод сбора микробной информации из окружающей среды с использованием отходов жизнедеятельности пчёл. Выявление микробов в городе даёт исследователям моментальное представление о разнообразии городского микробиома, что может способствовать улучшению состояния здоровья. Этот метод также может помочь в наблюдении за болезнетворными бактериями и вирусами среди пчёл и людей. 

Хотя мы не видим микроорганизмы, они играют важнейшую скрытую роль в формировании нашего выживания. Например, микробы в кишечнике человека поддерживают пищеварение , помогают поддерживать здоровье нашей иммунной системы и являются первой линией обороны от «вредных» бактерий, вызывающих пищевые отравления и другие инфекции. Как правило, чем разнообразнее микробиом человека , тем лучше его здоровье и самочувствие. Один из способов увеличить это разнообразие — это взаимодействие с внешней средой.

«Многие [микробы] полезны для здоровья человека», — говорит ведущий автор исследования Элизабет Хенафф , доцент Центра городской науки и прогресса Нью-Йоркского университета. «Цель этого исследования — понять всю широту разнообразия микробиомов и тех, с которыми мы взаимодействуем в городской среде». 

Хенафф и её коллеги хотели создать карты микробиоценоза разных городов, чтобы лучше понять разнообразие в каждом районе. Однако они не были уверены в том, как лучше двигаться дальше. Одной из идей было взять мазки из носов, но было бы непрактично брать мазки у всех жителей обширной и разнообразной территории. Городской микробиом также может различаться от квартала к кварталу, что потребует обширных мазков. Другим вариантом было наблюдение за сточными водами , но исследователи хотели изучать всё, с чем контактировали городские жители, а не только то, что они переваривали. Затем наступил момент озарения : они могли изучать пчелиные ульи.

Потому что медоносные пчёлы постоянно взаимодействуют с окружающей средой во время поиска нектара, и часто приносят с собой бактерии, грибки и другие микроорганизмы, возвращаясь в улей. «В поисках пищи пчёлы пересекают все эти микробные облака, связанные с другими аспектами искусственной среды», — объясняет Хенафф. «Они пересекают микробное облако пруда, водоёма и групп людей, если они случайно оказываются в том же парке, куда направляются».

Учёные использовали метод метагеномного секвенирования для изучения всех генов, обнаруженных в одном образце окружающей среды. Это позволило им сопоставить гены с различными видами микроорганизмов, влияющими на здоровье улья, и, в свою очередь, определить состояние здоровья пчёл. Но сначала им нужно было определить, какой образец следует взять из улья.  

В рамках пилотного проекта в Бруклине, штат Нью-Йорк, учёные работали с местными пчеловодами. Они брали мазки с мёда, прополиса (смолоподобного материала, используемого для покрытия внутренней поверхности ульев), мусора и тушек пчёл — всего, что могло дать максимальную информацию о микроорганизмах.

Впоследствии они обнаружили, что микробы, обнаруженные в мёде и прополисе, были схожи во всех ульях. «Пчёлы действительно хорошо контролируют микробную среду своих ульев», — добавляет Хенафф. Единственным материалом, который отличался от улья к улью, был мусор, остававшийся на дне, и именно он стал источником материала для следующей серии экспериментов.

Для составления профиля городских микробиомов команда взяла образцы мусора из 17 ухаживаемых ульев в четырёх городах по всему миру: Сиднее и Мельбурне (Австралия), Токио и Венеции. ДНК, выделенная из пчелиного мусора, содержала материал из разных источников, включая растения, млекопитающих, насекомых, бактерии и грибы этого региона. 

Каждый город имел уникальный микробный профиль, который давал представление о том, какова жизнь в этом городе. Единственный венецианский улей, использованный в исследовании, был заполнен грибками, вызывающими гниение древесины. Хенафф говорит, что результаты имеют смысл, поскольку большинство зданий построено на затопленных деревянных сваях. В Австралии в двух мельбурнских ульях было обнаружено большое количество ДНК эвкалипта, в то время как в сиднейском улье были обнаружены высокие уровни бактерии Gordonia polyisoprenivorans , которая разлагает резину. Дюжина токийских ульев продемонстрировала генетические намёки на лотос и дикую сою — распространённое растение, встречающееся в Восточной Азии. Также были обнаружены высокие уровни дрожжей, ферментирующих соевый соус, под названием Zygosaccharomyces rouxii . 

«Для меня самым интересным было то, что [результаты] не ощущались как какая-то оторванная от всего остального метрика, что нам известно об этих городах и их культуре, а на самом деле ощущались как часть пазла, о существовании которого мы не знали, но который вписывается в наше общее понимание этих городов», — говорит Хенафф.

Анализ мусора также помог выявить микробы, влияющие на здоровье пчёл. Команда обнаружила три вида микроорганизмов, распространенных на медоносных пчёлах: Lactobacillus kunkeii, Saccharibacter sp. AM169 и Frishella perrara , а также пять видов, связанных со здоровьем кишечника насекомых. В разных городах также были выявлены три патогена медоносных пчёл. 

Далее в ходе исследования были выявлены патогены человека, которые пчёлы могли подхватить, выбираясь на улицу. Исследователи сосредоточились на информации об ульях, собранной в Токио, поскольку там их было больше, чем в других городах, и, следовательно, было больше данных для секвенирования ДНК. Они обнаружили две бактерии: одну, вызывающую бактериальную дизентерию, и другую, связанную с лихорадкой кошачьих царапин. Затем они взяли возбудителя лихорадки кошачьих царапин, Rickettsia felis , и реконструировали его геном. Это позволило им не только подтвердить наличие вида в городе, но и наличие у него молекул, ассоциированных с бактериями, позволяющих ему распространять болезнь. 

По словам Хенаффа, профилирование микробиома различных городов может стать дополнительным инструментом для выявления потенциально опасных патогенов у людей. Это также может открыть новые способы исследования патогенов, передающихся воздушно-капельным путем , интерес к которым растет с недавнего появления SARS-CoV-2.

Джей Эванс , энтомолог-исследователь Министерства сельского хозяйства США, не принимавший участия в исследовании, говорит, что новый подход «хорош» и может помочь идентифицировать по крайней мере микроорганизмы, обнаруженные в городской цветочной среде. Однако он выразил сомнения относительно переоценки некоторых результатов. Эванс отмечает, что один из алгоритмов картирования генома видов, использованных в исследовании, известен своей «немного жадностью», сопоставляя лучший микроорганизм, доступный на данный момент. Это говорит о том, что некоторые генетические соответствия бактериям могут на самом деле не соответствовать, и что потребуются дополнительные тесты для подтверждения их присутствия. Поскольку пчелы могут подбирать неживых попутчиков, таких как пестициды, Эванс также говорит, что было бы неплохо, чтобы исследователи сопоставили эти биологические результаты с исследованиями, специфичными для пестицидов , и с тем, как это влияет на микробиомы ульев.

Jocelyn Solis-Moreira “Beehives are the honeypot for a city’s microbial secrets”

Перевод статьи «Beehives are the honeypot for a city’s microbial secrets» автора Jocelyn Solis-Moreira, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык