Здоровый микробиом осы может противостоять пестицидам

Ученые надеются в один прекрасный день разработать пробиотики, которые будут защищать и человека.

Отредактировано 2023-25-06
осыКогда осы подвергались воздействию малых доз распространенного пестицида, состав их микробиомов менялся, и насекомые становились более устойчивыми к химикату.

Легко забыть о сообществе бактерий и других микроскопических форм жизни, которые живут в кишечнике каждого животного. Но без этих крошечных организмов мы, более крупные формы жизни, не смогли бы выжить. Они делают все - от помощи в переваривании пищи до регулирования нашего настроения. Теперь ученые обнаружили еще одну бактериальную пользу для насекомых. Когда осы подвергались воздействию малых доз обычного пестицида, состав их важнейших микробиомов кишечника изменился, поскольку некоторые бактерии стали более многочисленными. Через несколько поколений эти изменения сделали насекомых более устойчивыми к химикату.

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

Исследователи остановились на конкретном пестициде, химическом веществе под названием атразин, который является вторым по распространенности пестицидом в мире. Он часто используется на Среднем Западе для очистки от растений территорий, на которых будет расти кукуруза, и является менее токсичным для животных и людей, чем другие химикаты.

"Частично он считается безопасным потому, что бактерии в почве и воде могут поедать его и превращать в более мелкие и менее вредные соединения", - говорит Роберт Брукер, исследователь микробиома 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 одного из видов паразитоидных ос под названием Nasonia vitripennis. Они кормили ос сахарной водой с дозой атразина, аналогичной той концентрации, с которой дикие опылители сталкиваются на полях, опрысканных атразином. После этой единственной дозы пестицида бактерии в кишечнике насекомых стали более разнообразными и многочисленными. Два очень редких штамма бактерий, обладающих способностью расщеплять атразин, также стали более многочисленными. Матери-осы следили за тем, чтобы их потомство имело такой измененный микробиом, откладывая яйца, покрытые бактериями. Через шесть поколений их потомки по-прежнему обладали измененным бактериальным сообществом, несмотря на то, что никогда не подвергались воздействию атразина.

Затем команда скормила осам чуть меньшую дозу атразина и следила за насекомыми и их потомством в течение 36 поколений, давая каждому новому поколению один удар атразина. Со временем осы стали "почти полностью устойчивы" к яду, говорит Брукер. К последнему поколению количество атразина, необходимое для уничтожения ос, было в 10 раз больше, чем смертельная доза для обычных ос. Насекомые также стали менее уязвимы к другому пестициду - глифосату, ключевому ингредиенту Roundup, с которым они никогда раньше не сталкивались.

Нет ничего необычного в том, что у насекомых вырабатывается устойчивость к пестицидам после регулярного воздействия на них в течение нескольких сезонов. Однако исследователи были удивлены, обнаружив, насколько значительную роль в этом механизме выживания играют бактерии кишечника. Когда они лишили ос этого измененного микробиома, удалив бактерии из только что отложенных яиц и вырастив насекомых в стерильной среде, эта устойчивость полностью исчезла. Лишенные микробов осы, чьи матери подверглись воздействию атразина, были так же уязвимы к пестициду, как и осы, чьи матери никогда не сталкивались с этим химикатом. Однако когда исследователи кормили этих лишенных микробов ос бактериями из кишечника насекомых, подвергшихся воздействию атразина, насекомые становились устойчивыми к химикату. Это указывает на то, что не физиологическая адаптация самих ос позволила им противостоять атразину, а их кишечные бактерии обеспечили защиту.

Осы, которых исследовали Брукер и его команда, не опыляют сельскохозяйственные культуры. Однако он подозревал, что дикие медоносные пчелы также могут быть носителями бактерий, разрушающих атразин, поскольку они подвергаются воздействию этого химиката с 1950-х годов. Когда он взял пробы бактерий у пчел на ферме своей семьи в Огайо, а также на нескольких органических фермах, он обнаружил в самих бактериях гены, связанные со способностью разлагать атразин у большинства насекомых.

"Независимо от того, где я брал пробы, я находил медоносных пчел с [бактериальными] генами, которые могли метаболизировать атразин; были ли это одни и те же бактерии или это разные бактерии, делающие одно и то же, я точно не знаю", - говорит он. "Это было приятным подтверждением того, что то, что мы делали в лаборатории, не так уж далеко от того, что может происходить в природе".

В организме человека также могут обитать бактерии, разлагающие атразин; когда Брукер и его коллеги проверили предыдущие отчеты о микробиоме кишечника человека, они выявили гены, связанные с разложением атразина.

Далее они хотят узнать больше о том, какие виды бактерий передают устойчивость к пестицидам, а также о том, имеют ли наблюдаемые изменения микробиома какие-либо недостатки для хозяина. Затем они планируют сконцентрировать бактерии в более мощную форму, чтобы использовать их в качестве пробиотиков.

"Способность микробного сообщества позволить своему хозяину адаптироваться за очень короткое время генерации - это удивительный аспект выживания и эволюции, который мы должны продолжать экспериментально проверять и подтверждать", - говорит Брукер.