Известно, что микробы влияют на пищеварение, настроение и общее состояние здоровья, и теперь исследователи из Принстона показали, что изменение микробиома связано с раком – по крайней мере, у подвидов лисиц, находящихся под угрозой исчезновения, которые встречаются только на одном острове у побережья Калифорнии.
Их исследования предполагают процесс, состоящий из нескольких этапов: во-первых, лисы Санта-Каталина размером с кошку заражаются ушными клещами, которые изменяют микробиом лис и позволяют стафилококковой инфекции распространиться. Поскольку Staphylococcus pseudintermedius процветает, резистентная к антибиотикам инфекция приводит к хроническому воспалению ушей лисиц. В этой среде воспаленной ткани опухоли могут процветать.
Исследователи подробно рассказали о своих выводах в журнале Molecular Ecology.
«Мы были очень рады получить такие четкие результаты», – сказала Александра ДеКандиа, первый автор статьи и аспирантка лаборатории Бриджетт фон Хольдт, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии в Принстонском университете. "Все, что мы обнаружили – сокращение видового разнообразия, сдвиги в составе сообществ, переизбыток потенциально патогенных видов – соответствовало нашим ожиданиям."
Проект стартовал во время природоохранных мероприятий на острове Санта-Каталина, когда исследователи заметили, что примерно у половины взрослых лисиц в ушах растут опухоли.
Это один из самых высоких показателей опухоли, когда-либо наблюдавшихся в дикой природе, что требует немедленного последующего исследования.
Ранние исследования продемонстрировали связь между инфицированием ушным клещом и ростом опухоли. Большинство исследователей предположили, что ушные клещи вызывают хроническое воспаление, что в конечном итоге приводит к росту опухолей.
Команда ДеКандиа и фон Хольдта хотела узнать, играет ли микробиом роль в этой системе.
Такой акцент на разнообразии микробиома делает их работу «отличным примером того, куда эта область будет двигаться в будущем», – сказал Джордж Амато, директор отдела сохранения геномики в Американском музее естественной истории, который не участвовал в этой работе. исследовать. «Мы только недавно узнали, насколько важен микробиом для здоровья человека – будь то животное или человек», – сказал он. «Раньше ученые исследовали только часть картины. Они определенно не изучали микробиомы – у них даже не было инструментов для этого. … Изучив это, мы пришли к пониманию, что отсутствие разнообразия в этом микробном сообществе в сочетании с генетикой лисиц лучше всего помогает нам понять не только угрозу этой конкретной болезни, но и других болезней.
Это действительно новая парадигма для понимания угроз исчезающим видам."
Лисицы Санта-Каталины, находящиеся под угрозой исчезновения, являются одним из шести подвидов лисиц с Нормандских островов (Urocyon littoralis), обитающих на шести из восьми Нормандских островов у побережья южной Калифорнии.
Некоторые из подвидов, в том числе обитающие в Санта-Каталине (U. littoralis catalinae), добились впечатляющих результатов от грани исчезновения – в результате все они невероятно похожи генетически, почти клоны друг друга.
По словам ДеКандиа, практически полное отсутствие генетического разнообразия у лис делает их интересными объектами исследований.
«Обычно мы рассматриваем генетическое разнообразие как полезное и необходимое», – сказала она. "Он поддерживает здоровье организмов – подумайте о негативных последствиях для здоровья, связанных с инбридингом – и помогает популяциям пережить неожиданные изменения в окружающей среде. Но, несмотря на почти полное отсутствие генетических вариаций, у этих лисиц очень мало признаков плохого здоровья или инбридинговой депрессии. Это заставляет нас задаться вопросом, становятся ли другие формы разнообразия, такие как обитающие в них организмы, важными факторами для здоровья и иммунитета.
Вот почему мы сосредоточили наше исследование на микробиоме и болезнях этих лисиц."
Связь между микробами и раком была неожиданной находкой, сказал ДеКандия. «Когда мы впервые приступили к этому исследованию, мы просто хотели охарактеризовать микробиом на нескольких различных участках тела у лисиц.
Подобно тому, как естествоиспытатели XIX века вторглись в новую среду обитания и каталогизировали виды, мы изначально намеревались каталогизировать микробы. Однако, посмотрев более внимательно на слуховые проходы, мы обнаружили, что существует множество вариаций, связанных со статусом инфицирования клещами.
Затем мы повернули бумагу, чтобы почти полностью сосредоточиться на микробах слухового прохода, связанных с клещевой инфекцией!"
Вместе со своими сотрудниками из заповедника острова Каталина они взяли мазки с десятков лисиц для сбора микробов, затем извлекли ДНК, чтобы определить, какие микробы присутствовали во всех их образцах – и в каком относительном количестве.
«Поскольку микробы существуют внутри сообщества, относительная пропорция имеет значение», – сказал ДеКандия.
Они обнаружили, что микробные сообщества инфицированных клещами слуховых проходов существенно отличаются от микробных сообществ неинфицированных ушей. Общее видовое богатство было ниже, а относительная численность была смещена в сторону одного вида бактерий: S. pseudintermedius, который часто встречается у собак (включая собак) и может стать условно-патогенным микроорганизмом, когда сообщества нарушены, например, из-за заражения клещами.
Затем стафилококковый микроб образует устойчивые к антибиотикам биопленки, которые иммунной системе «невероятно трудно» уничтожить, – сказал ДеКандия. В результате этот штамм стафилококка связан с хроническим воспалением у многих видов.
Исследователи все еще пытаются прояснить причинно-следственные связи – например, переносят ли клещи стафилококковые микробы или они присутствовали, но латентно до тех пор, пока клещи не нанесли достаточно структурных повреждений, чтобы позволить стафилококку вызвать бум популяции – но последовательность корреляций очевидна: заражение клещами связано с распространением S. pseudintermedius, который связан с хроническим воспалением, связанным с онкогенезом.
Один из основных нерешенных вопросов заключается в том, почему из шести подвидов лис с Нормандских островов только у трех есть клещи, и только у одного – лисиц острова Каталина – наблюдается значительный рост опухоли.
Новое исследование подкрепляет предыдущие исследования, в которых сотрудники лаборатории фон Хольдта, в том числе Кеннеди Леверетт из класса 2020 года, изучали изменения в микробиоме кожи, связанные с саркоптозом, вызываемым клещами другого вида.
Они посмотрели на койотов, красных лисиц и серых лисиц и обнаружили удивительно последовательные признаки микробного нарушения, которые почти точно соответствовали исследованию островных лисиц: у инфицированных особей уменьшилось разнообразие микробиома и увеличилось количество S. псевдопосредство.
«Взятые вместе, эти два исследования показывают, что этот вид микробов играет важную роль в микробиомах собак и может действовать при ряде заболеваний», – сказал ДеКандиа.