Здоровый микробиом ос способен противостоять пестицидам

Ученые надеются в будущем разработать пробиотики, которые будут защищать и людей.

Легко забыть о колоссальном сообществе бактерий и других микроскопических форм жизни, обитающих в кишечнике каждого животного. Но без этих крошечных организмов мы, более крупные живые существа, не выжили бы. Они выполняют множество функций: от помощи в переваривании пищи до регулирования нашего настроения. Теперь ученые обнаружили еще одно полезное свойство бактерий у насекомых. Когда ос подвергали воздействию низких доз распространенного пестицида, состав их важнейшей кишечной микробиоты изменялся, поскольку определенные бактерии становились более многочисленными. Спустя несколько поколений эти изменения сделали насекомых более устойчивыми к химическому веществу.

Исследователи надеются лучше понять, как кишечные бактерии защищают своих хозяев-насекомых. Это в конечном итоге может привести к разработке пробиотиков для диких медоносных пчел, других животных и даже людей, подверженных высокому риску контакта с опасными пестицидами.

Исследователи сосредоточили внимание на конкретном пестициде — химическом веществе под названием атразин, который является вторым по распространенности пестицидом в мире. Его часто используют на Среднем Западе для очистки территорий, где будет расти кукуруза, и он менее токсичен для животных и людей, чем другие химические вещества.

«Одной из причин, почему его считают безопасным, является то, что бактерии в почве и воде могут его перерабатывать, превращая во все более мелкие и менее вредные соединения», — говорит Роберт Брукер, ученый-микробиолог из Гарвардского университета, опубликовавший результаты исследования 4 февраля в журнале Cell Host & Microbe . «Я хотел узнать, могут ли кишечные бактерии делать то же самое».

Он и его коллеги исследовали, как атразин изменяет микробиом кишечника вида паразитических ос Nasonia vitripennis . Они кормили ос сахарной водой с добавлением атразина в концентрации, аналогичной той, с которой сталкиваются дикие опылители на полях, обработанных атразином. После этой однократной дозы пестицида бактерии в кишечнике насекомых стали более разнообразными и многочисленными. Два очень редких штамма бактерий, обладающих способностью расщеплять атразин, также стали более многочисленными. Самки ос обеспечивали потомству наличие измененного микробиома, откладывая яйца, покрытые бактериями. Спустя шесть поколений их потомки по-прежнему обладали измененным бактериальным сообществом — несмотря на то, что никогда не подвергались воздействию атразина.

Затем команда подкармливала ос немного меньшей дозой атразина и наблюдала за насекомыми и их потомством на протяжении 36 поколений, подвергая каждое новое поколение однократному воздействию атразина. Со временем осы стали «почти полностью устойчивы» к яду, говорит Брукер. К последнему поколению количество атразина, необходимое для уничтожения ос, стало в 10 раз сильнее, чем смертельная доза для обычных ос. Насекомые также стали менее восприимчивы к другому пестициду — глифосату, ключевому компоненту гербицида Roundup, — с которым они никогда раньше не сталкивались.

Для насекомых не редкость выработать устойчивость к пестицидам после регулярного воздействия в течение нескольких сезонов. Однако исследователи с удивлением обнаружили, насколько значительную роль в этом механизме выживания играют кишечные бактерии. Когда они лишили ос измененного микробиома, удалив бактерии из только что отложенных яиц и выращивая насекомых в стерильной среде, эта устойчивость полностью исчезла. Осы, свободные от микробов, чьи матери подвергались воздействию атразина, были так же уязвимы к пестициду, как и осы, чьи матери никогда не сталкивались с этим химическим веществом. Однако, когда исследователи кормили этих лишенных микробов ос кишечными бактериями от насекомых, подвергавшихся воздействию атразина, насекомые стали устойчивы к этому химическому веществу. Это указывает на то, что устойчивость к атразину обеспечивалась не физиологическими адаптациями самих ос, а защитой, обеспечиваемой их кишечными бактериями.

Осы, которых исследовали Брукер и его команда, не опыляют сельскохозяйственные культуры. Однако он предположил, что дикие медоносные пчелы также могут быть носителями бактерий, расщепляющих атразин, поскольку они подвергались воздействию этого химического вещества с 1950-х годов. Взяв образцы бактерий у пчел на семейной ферме в Огайо, а также на нескольких органических фермах, он обнаружил в самих бактериях гены, связанные со способностью большинства насекомых разлагать атразин.

«Независимо от места отбора проб, я находил медоносных пчел с [бактериальными] генами, способными метаболизировать атразин; являются ли это одни и те же бактерии или разные бактерии, выполняющие ту же функцию, я точно не знаю», — говорит он. «Это было приятным подтверждением того, что то, что мы делали в лаборатории, не слишком отличается от того, что может происходить в дикой природе».

В организме человека также могут обитать бактерии, расщепляющие атразин; когда Брукер и его коллеги изучили предыдущие исследования микробиома кишечника человека, они выявили гены, связанные с деградацией атразина.

Далее они хотят узнать больше о том, какие виды бактерий обеспечивают устойчивость к пестицидам, и имеют ли наблюдаемые изменения микробиома какие-либо негативные последствия для организма-хозяина. Затем они планируют сконцентрировать бактерии в более эффективную форму для использования в качестве пробиотиков.

«Способность микробного сообщества позволять своему хозяину адаптироваться за очень короткие промежутки времени — это замечательный аспект выживания и эволюции, который нам необходимо продолжать экспериментально проверять и подтверждать», — говорит Брукер.

Kate Baggaley “A healthy wasp microbiome can fend off pesticides”

Перевод статьи «A healthy wasp microbiome can fend off pesticides» автора Kate Baggaley, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык

Фото: При воздействии на ос низких доз распространенного пестицида состав их микробиома изменялся, и насекомые становились более устойчивыми к этому химическому веществу.