Коваріація дієти та мікробіома кишечника в африканській мегафауні PNAS
Відредаговано Джоном Терборгом, Університет Флориди, Сідар-Кі, Флорида, та затверджено 10 жовтня 2019 року (отримано на огляд 2 квітня 2019 року)
Значимість
Дієта та склад мікробіомів кишечника важливі для здоров’я та харчування ссавців, але те, як вони коварируются у відповідь на зміни навколишнього середовища, залишається недостатньо зрозумілим - як через те, що склад раціону рідко точно визначається кількісно, так і через те, що дослідження зв’язку між раціоном і мікробіомами тварин, що перебувають у неволі відображають динаміку природних спільнот. Проаналізувавши зв'язки між раціоном і мікробіомами в сукупності великих травоїдних тварин ссавців у Кенії, ми виявили, що сезонні зміни в раціоні та складі мікробіомів сильно корелювали в деяких популяціях, тоді як інші популяції мали незначний тимчасовий обмін ні в раціоні, ні в мікробіомі. Визначення механізмів, що породжують специфічні для виду різновиди чутливості дієтично-мікробіомної взаємодії до змін навколишнього середовища, можуть допомогти пояснити диференційовані показники популяції та структуру харчової мережі в екологічних спільнотах.
Анотація
Зв’язок між дієтою та мікробіомом кишечника є важливим для здоров’я, харчування та екології ссавців. Кишкові бактерії модифікують імунні реакції для підтримки здоров’я (1), а порушення в мікробіомі кишечника можуть спричинити захворювання (2). Травоїдні тварини ссавців асоціюються з певними таксонами мікроорганізмів кишечника, частково тому, що вони покладаються на ці бактерії для вилучення енергії та поживних речовин з їжі, синтезу вітамінів та детоксикації захисних сполук рослин (3). Багато послуг, які кишкові мікроби надають своїм господарям, майже напевно впливають не тільки на індивідуальну підготовленість, але й на динаміку популяцій, спільнот та харчових мереж, в які вбудовані особи (4).
Передбачається, що коваріація дієти - мікробіом є загальною, виходячи з того, що склад дієти є основною детермінантою різноманітності мікробних ніш у кишечнику (11). Наприклад, дієти, що містять більше клітковини та рослинної їжі, повинні створювати більшу різноманітність мікробних ніш, ніж ті, що цього не роблять (5). Подібним чином, часові зміни в дієті можуть збільшити неоднорідність мікробних ніш і, таким чином, збільшити різноманітність мікробіомів. Однак недоліки даних в даний час обмежують навіть базове порівняння дієтичного та мікробіомічного різноманіття для більшості видів ссавців, що стримує теоретичний розвиток та перешкоджає зусиллям пояснити причини та наслідки варіації мікробіомів (11). Дослідження сили, обсягу та загальності коваріації мікробіомів у харчуванні всередині та між видами може допомогти контекстуалізувати закономірності, що спостерігаються в ході досліджень, та направити подальші дослідження функціонального значення змін у складі мікробіома кишечника.
Однією з давніх перешкод для вивчення загальносвітових закономірностей коваріації дієти та мікробіомів є труднощі з точною ідентифікацією продуктів, які їдять вільні тварини. ДНК-аналіз зразків калу тепер дозволяє одночасно характеризувати як дієту, так і мікробіоми, створюючи можливість перевірити дрібнодисперсні варіації в ділянці мікробіома (19, 20). Ми провели такий аналіз на спільноті 33 великих видів травоїдних тварин ссавців у напівзасушеній кенійській савані (рис. 1А). Функціонально різноманітні члени цього співтовариства представляють 7 орденів ссавців, розмірами від ∼2 до ∼4000 кг, мають різні анатомії кишечника (жуйні, псевдорумінанти, ферментатори задніх кишок), включають як диких (n = 27), так і вільних одомашнених (n = 6) видів (а також 8 видів, що перебувають під загрозою зникнення та зникнення, що перебувають під загрозою зникнення), і займають цілий ряд гільдій, що харчуються рослиноїдними тваринами (пасовища, браузери та комбікорми).