У лягушек есть скрытая защита от одной из самых смертоносных болезней

Фото из открытых источников

Смертельно опасный грибок опустошил экосистему амфибий по всему миру. Новые эксперименты показывают, почему некоторые лягушки, по-видимому, гораздо лучше приспособлены к выживанию после заражения. Результаты исследования были опубликованы в журнале Animal Microbiome.

Кожа лягушки представляет собой самостоятельную экосистему, населенную сообществами бактерий. Новые эксперименты показывают, что эти микробы могут помочь определить, выживут ли некоторые лягушки после опасной грибковой инфекции.

Грибок Batrachochytrium dendrobatidis, или Bd, вызывает заболевание, называемое хитридиомикозом, и связан со значительным сокращением численности амфибий. Более важный вопрос заключается в том, могут ли бактерии, уже обитающие на животном, стать частью его защиты от болезней.

Исследователи сосредоточили внимание на двух близкородственных видах лягушек из Атлантического леса Бразилии: Haddadus binotatus и Ischnocnema henselii. Они обитают в схожих средах, но их история взаимоотношений с Bd выглядит совершенно по-разному.

В ходе предыдущего исследования, проведенного на 40 лесных участках, бактерия Bd была обнаружена у 34,8% особей I. henselii. Ни один из 126 образцов H. binotatus не дал положительного результата, что делает эту пару полезной для выяснения причин, по которым один вид, по-видимому, гораздо сложнее заразить.

Ведущий автор исследования Лаура Шук из Пенсильванского государственного университета сказала, что этот контраст дал команде естественную отправную точку.

«Мы наблюдаем разительный контраст: у одного вида наблюдается одна из самых высоких показателей распространенности грибка, в то время как у другого вида в дикой природе нет случаев заражения», — сказал Шук. «Это сделало их идеальной парой для понимания того, какую роль может играть микробиом».

Команда собрала по 40 лягушек каждого вида и разделила их на четыре группы. Некоторым проводили антибиотические ванны, которые уменьшали количество нормальной кожной микрофлоры, в то время как у других бактериальная флора оставалась нетронутой.

Затем исследователи подвергли половину каждой группы воздействию Bd, а другую половину обработали без грибка. Это позволило им сравнить, что происходило, когда лягушки сталкивались с грибком с наличием или отсутствием большинства их обычных кожных бактерий.

Доза Bd была намеренно высокой и стандартизированной, поэтому проверка устойчивости проводилась в контролируемых условиях, а не имитировала естественное воздействие. За лягушками наблюдали в течение 40 дней.

«В течение многих лет мы знали, что тропическая лягушка H. binotatus редко заражается этим грибком в дикой природе, но мы не знали почему. Теперь мы знаем», — сказал Шук. «Это исследование позволило нам перейти от корреляционного анализа к экспериментальным доказательствам того, что микробиом действительно играет важную роль в борьбе с этим заболеванием».

Наиболее выраженный результат был получен у H. binotatus. У лягушек, подвергшихся воздействию Bd при сохранении нормальной микрофлоры кожи, наблюдалась более высокая выживаемость, однако она снижалась при сочетании воздействия Bd с лечением антибиотиками.

I. henselii вела себя иначе. Ее выживаемость снижалась после воздействия Bd независимо от того, было ли предварительно снижено количество бактерий на ее коже, что говорит о том, что бактериальное сообщество на коже не обеспечивало одинакового уровня защиты.

Соавтор исследования Ги Беккер из Пенсильванского государственного университета говорит, что результаты указывают на то, чем именно занимаются бактерии, а не просто на количество их видов.

«Это одно из самых наглядных доказательств того, что естественные кожные бактерии хозяина могут быть передовой линией защиты от патогена, который опустошил популяции амфибий во всем мире», — объясняет Беккер. «Один из ключевых выводов этого исследования заключается в том, что важна не просто разнообразность этих бактерий — так называемого микробиома кожи, — а их защитная функция».

Исследовательская группа культивировала 786 штаммов бактерий, взятых с кожи лягушек, и проверила в лабораторных условиях, могут ли химические вещества, выделяемые каждым штаммом, замедлить рост Bd. Штамм считается ингибирующим, если рост грибка не превышает половины роста в обычных сравнительных лунках.

Примерно 43,2 процента штаммов H. binotatus соответствовали этому показателю, по сравнению с 36,3 процента у I. henselii. Эта разница была недостаточно существенной, чтобы исключить случайность.

Что еще более важно, у H. binotatus наблюдалось большее разнообразие типов бактерий, связанных с ингибированием Bd, несмотря на то, что общее количество типов бактерий у обоих видов было схожим.

Это говорит о том, что наличие правильных видов бактерий может иметь большее значение, чем просто большое их разнообразие.

«Мы разработали эксперимент на двух уровнях», — говорит Беккер. «Сначала мы провели простой тест, определяющий, способствует ли микробиом защите от болезней, а затем углубились в изучение функций каждой бактерии, создав справочную базу данных. Сочетание этих двух проверок позволило нам протестировать специфические защитные механизмы микробиома».

Исследователи идентифицировали культивируемые бактерии и создали справочную базу данных, показывающую, какие из них способны подавлять Bd.

Затем они сравнили эту информацию с бактериальной ДНК, собранной у отдельных лягушек.

У H. binotatus лягушки с большей долей бактерий, связанных с ингибированием Bd, как правило, содержали меньше грибка. Та же закономерность была менее выражена у I. henselii и не была достаточно сильной, чтобы исключить случайность.

Это важное различие. Здоровое микробное сообщество — это не просто сообщество, состоящее из множества различных бактерий, поскольку функции, которые эти бактерии выполняют, могут иметь не меньшее значение.

Полученные результаты не доказывают, что выживание лягушек обеспечивается одной-единственной бактерией.

Они также не могут доказать, что антибиотики изменили выживаемость только за счет уменьшения количества бактерий на коже, поскольку антибиотики могут воздействовать на ткани лягушек и другие части иммунной системы.

Группы были небольшими, всего по 10 лягушек в каждой экспериментальной комбинации, а эксперимент длился 40 дней. Таким образом, полученные результаты подтверждают наличие защиты от кожных бактерий, а не являются окончательным доказательством того, как именно эта защита работает.

Тем не менее, ряд результатов исследований указывают в том же направлении и на H. binotatus. Сохранение нормальной кожной микрофлоры было связано с лучшей выживаемостью при воздействии Bd, в то время как наличие большего количества бактерий с противогрибковыми свойствами было связано с меньшим количеством грибка.

Более широкий вывод заключается в том, что животное не обязательно справляется с болезнью, полагаясь только на собственные защитные силы организма. Микроорганизмы, которые обычно живут на теле животного, могут стать частью этой защитной системы, и разные виды могут зависеть от этих микробных партнеров совершенно по-разному.

Это важно для охраны природы, поскольку защита вымирающего вида животных может также означать понимание условий, позволяющих полезным микробам выживать вокруг него. Потеря этих микробных партнеров может устранить защитный слой, который практически незаметен до появления болезни.

«Если мы поймем, как эта лягушка привлекает и поддерживает полезные бактерии, мы сможем начать понимать, как микробиом работает в качестве естественной защиты и что нам нужно защищать в окружающей среде, чтобы эти бактерии оставались доступными для амфибий и других находящихся под угрозой исчезновения позвоночных», — сказала Шук.

Полученные результаты не позволяют предложить немедленное лечение хитридиомикоза. Микроорганизмы, обитающие на теле животного, могут играть важную роль в его борьбе с болезнями. Понимание этих микробов может помочь объяснить, почему одни популяции диких животных лучше справляются с инфекциями, чем другие.