Microbiologie in hapklare porties
Lekker slapen met het darmmicrobioom
Zoals we onlangs hebben geleerd tijdens de world microbiome day, is het darm microbioom belangrijk voor het handhaven van homeostase in de gastheer. Aangezien de samenstelling van het microbioom bijdraagt aan het metabolisme van de gastheer, is het geen verrassing dat de darmmicrobiota zijn samenstelling kan veranderen om de gastheer te helpen zich aan te passen aan een bepaalde omgeving. Dit is vooral belangrijk voor dieren die een winterslaap houden. Veranderingen in de samenstelling van de darmmicrobiota zijn gunstig voor microben die gebruik kunnen maken van energiebronnen zoals glycanen [TA1] , die door de gastheer worden geproduceerd. Bovendien wordt gesuggereerd dat het microbioom ook de activiteit van bruin vetweefsel beïnvloedt, dat warmte levert aan dieren in winterslaap.
Aangezien de lichaamstemperatuur van dieren in winterslaap sterk overeenkomt met de temperatuur van hun omgeving, zijn de effecten van de opwarming van de aarde een grote zorg voor de gezondheid van overwinteraars. Uit een onderzoek bleek zelfs dat veranderingen van slechts één graad lichaamstemperatuur de diversiteit van de darmmicrobiota bij gewone hagedissen met 34% kan veranderen. Gestaag stijgende temperaturen wereldwijd kunnen effect hebben op de lichaamstemperatuur van dieren in winterslaap en dus ook op de samenstelling van de darmmicrobiota van deze dieren.
Welke microben gedijen goed in deze omgeving? Heeft de opwarming van de aarde invloed op de samenstelling van de microben in de darmen? Om deze vragen te beantwoorden, hadden de onderzoekers een goed ontworpen en gecontroleerde proefopstelling nodig.
De perfecte onderzoeksgroep:
Om direct te kunnen kijken naar de effecten van omgevingstemperatuur op de samenstelling van de microbiota, moesten de auteurs een groep winterslapende dieren bestuderen die extreem op elkaar leken. Dit om ervoor te zorgen dat er geen verstorende variabelen zijn die de resultaten van de studie beïnvloeden. De auteurs kozen ervoor om Rhinolophus pusillus, of de hoefijzervleermuis, in twee aangrenzende grotten te observeren in Jiyuan, China.
Eén groep bevond zich in een kunstmatige kanaaltunnel, waar de omgevingstemperatuur in de winter koeler was, terwijl de andere groep zich bevond in een warmere mijn op 2 kilometer afstand (Figuur 1). Omdat de leefgebieden zo dicht bij elkaar lagen, konden de auteurs concluderen dat de weersomstandigheden en het dieet van de vleermuizen waarschijnlijk erg op elkaar leken. Eventuele veranderingen in de microbiotasamenstelling van [TA2] de vleermuizen waren dus hoogstwaarschijnlijk alleen te wijten aan de omgevingstemperatuur.
Om een meer gecontroleerde experimentele opstelling te creëren, gebruikten de auteurs ook aluminium ringen om elke set vleermuizen te volgen. Met behulp van deze trackers zorgden ze ervoor dat elke vleermuis ten minste 30 dagen bij de aangegeven temperatuur een winterslaap had gehouden. Ze analyseerden ook alleen de microbiota van mannelijke vleermuizen met ongeveer hetzelfde gewicht. Gewicht heeft namelijk een significante invloed op de samenstelling van de darmmicrobiota van veel organismen. Al met al stelde deze opzet de auteurs in staat om de effecten van omgevingstemperatuur op de samenstelling van de darmmicrobiota rechtstreeks te bestuderen in een gecontroleerde omgeving.
De bevindingen:
Toen de auteurs keken naar de bacteriële fyla waaruit de microbiota van de vleermuizen in winterslaap bestond, ontdekten ze dat zes fyla [TA3] eruit sprongen: Proteobacteriën, Chlamydiae, Firmicutes, Actinobacteriën, Tenericutes en Bacteriodetes. Van deze zes fyla kwamen er drie (Firmicutes, Actinobacteria en Tenericutes) meer voor in de microbiota van vleermuizen in winterslaap dan in die van vleermuizen zonder winterslaap.
Maar hoe zit het met de verschillen tussen de twee winterslaapplaatsen? De auteurs ontdekten dat de top zes bacteriële genera hetzelfde waren in zowel de kanaalgroep als de mijngroep. Dit betekende dat de temperatuur geen invloed had op de bèta-diversiteit van de populaties of het aantal unieke soorten tussen de groepen. De overvloed aan Firmicutes en Actinobacteriën was echter hoger bij vleermuizen uit het kanaal, terwijl Tenericutes overvloediger waren bij vleermuizen uit de mijnlocatie (figuur 2). Dit betekende dat de omgevingstemperatuur een effect had op de alfadiversiteit, of de soortendiversiteit binnen elke groep overwinterende vleermuizen.
Toen ze keken naar de geslachten die het meest aanwezig waren in elke groep, zagen ze dat Staphylococcus, Mycobacterium en Klebsiella meer voorkwamen in de overwinteraars van de koudere kanaalgroep in vergelijking met de overwinteraars van de warmere mijngroep. Dit suggereerde dat koudere temperaturen de overvloed van deze drie geslachten in de darmmicrobiota van overwinterende hoefijzervleermuizen kunnen bevorderen. Aangezien veel soorten die onder dit genus vallen, zoals Staphylococcus aureus, Mycobacterium tuberculosis en Klebsiella pneumoniae, beschouwd worden als opportunistische ziekteverwekkers, speculeerden de auteurs dat koudere temperaturen tijdens de winterslaap de invasie en infectie van ziekteverwekkers kunnen bevorderen.
Tot slot wilden de auteurs bepalen of de verschillen in de samenstelling van het microbioom van de vleermuizen van elke locatie van invloed waren op de globale metabolische functies [TA4] van de darmmicroben. Bij de vleermuizen van de kanaallocatie hadden de microben een hogere activiteit van drie belangrijke energiemetabolismepaden, waaronder de synthese van galzuren die bijdragen aan de activiteit van bruin vetweefsel.
Deze bevinding was logisch omdat de activiteit van bruin vetweefsel een groot deel uitmaakt van het behouden van warmte tijdens de winterslaap.
Wat betekent dit allemaal?
Over het geheel genomen analyseerde dit onderzoek met succes de verschillen tussen de samenstelling van de darmmicrobiota bij vleermuizen in winterslaap bij verschillende omgevingstemperaturen. Hoewel de temperatuur de bèta-diversiteit tussen de twee groepen niet veranderde, had deze wel invloed op de alfa-diversiteit binnen elke populatie. Bovendien observeerden de auteurs variaties in de belangrijkste metabolismepaden tussen de overwinteraars. Hoewel er meer studies moeten worden uitgevoerd om een definitieve trend te vinden tussen de temperatuur en de samenstelling van de darmmicrobiota, kunnen de hoefijzervleermuizen rustig slapen in de wetenschap dat wetenschappers er alles aan doen om ervoor te zorgen dat ze gelukkig en gezond blijven tijdens de winterslaap.
Link to the original post: Sen Liu, Yanhong Xiao, Xufan Wang, Dongge Guo, Yanmei Wang, Ying Wang Effects of Microhabitat Temperature Variations on the Gut Microbiotas of Free-Living Hibernating Animals, Microbiology spectrum, 2023
Featured image: Made by author with BioRender
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 