Симбиотическая физическая ниша у Drosophila melanogaster регулирует стабильную ассоциацию мульти

Nature Communications, том 14, номер статьи: 1557 (2023) Цитировать эту статью

3968 Доступов

3 цитаты

70 Альтметрика

Подробности о метриках

В кишечник постоянно проникают разнообразные бактерии из рациона и окружающей среды, однако состав микробиома относительно стабилен с течением времени для видов-хозяев, от млекопитающих до насекомых, что позволяет предположить, что специфичные для хозяина факторы могут избирательно поддерживать ключевые виды бактерий. Чтобы исследовать специфичность хозяина, мы использовали гнотобиотическую дрозофилу, протоколы микробной импульсной погони и микроскопию для исследования стабильности различных штаммов бактерий в кишечнике мух. Мы показываем, что созданная хозяином физическая ниша в передней кишке избирательно связывает бактерии со специфичностью на уровне штамма, стабилизируя их колонизацию. Первичные колонизаторы насыщают нишу и исключают вторичные колонизаторы того же штамма, но первоначальная колонизация видами Lactobacillus физически реконструирует нишу за счет продукции богатого гликанами секрета, что способствует вторичной колонизации неродственными комменсалами рода Acetobacter. Наши результаты обеспечивают механистическую основу для понимания формирования и стабильности многовидового кишечного микробиома.

На здоровье хозяина влияет состав микробиома кишечника, в частности, какие виды и штаммы бактерий населяют кишечник1,2,3,4,5. Микробиом устанавливается и поддерживается в условиях ежедневных колебаний рациона, инвазии патогенов6 и нарушений, вызванных приемом антибиотиков7. Многие кишечные бактерии локализуются в определенных участках кишечника, которые соответствуют химической среде, соответствующей метаболизму конкретного вида8. Некоторые пробиотики, а именно виды Lactobacillus, дополнительно физически прикрепляются к слизи хозяина, стабилизируя их колонизацию9,10. Учитывая, что разнообразие на уровне штаммов исчисляется сотнями и тысячами11, остается загадкой, как хозяин может выбирать и поддерживать определенный набор штаммов. Одна из гипотез заключается в том, что длительное соблюдение привычек питания и образа жизни усиливает стабильность микробиома12,13,14,15,16, в то время как другая, неисключительная гипотеза заключается в том, что хозяин создает физические ниши в кишечнике, которые приобретают и изолируют специфические симбиотические бактерии17, 18,19,20,21,22.

Микробиом плодовой мухи Drosophila melanogaster изучается уже более столетия и относительно прост по своему составу по сравнению с микробиомом кишечника млекопитающих23, однако то, как регулируется сборка микробиома кишечника мухи, остается неясным. Подобно криптам толстой кишки млекопитающих, кишечник мух микроаэробен и колонизирован бактериями класса Lactobacillales и типа Proteobacteria22,24,25,26. Мух можно легко выращивать без микробов, а затем связывать с определенными бактериальными штаммами, обеспечивая высокий уровень биологического контроля27. Кроме того, микробиом кишечника мух имеет низкое разнообразие: около 5 видов стабильных колонизаторов из двух основных групп: рода Lactobacillus (тип Firmicutes), который недавно был разделен на Lactiplantibacillus и Levilactibacillus, и Acetobacter (класс α-Proteobacteria)26,28 . Эти виды легко культивируются, генетически поддаются 27 и влияют на продолжительность жизни, плодовитость и развитие мух 29,30,31,32,33,34,35. Хотя уже давно утверждается, что колонизация кишечника мух неспецифически регулируется механизмами фильтрации хозяина, включая пищевые предпочтения, иммунитет и пищеварение, недавние данные свидетельствуют о том, что мухи могут также избирательно приобретать штаммы Lactobacillus и Acetobacter в дикой природе24,36, и эти может обеспечивать мух питанием во время личиночной фазы37.

Здесь мы обнаруживаем физическую нишу в передней кишке взрослой дрозофилы, которая специально колонизирована дикими штаммами Lactobacillus и Acetobacter. Охарактеризованы пространственная специфичность ниши, специфичность бактериального штамма к колонизации и стабильность колонизации. Мы измеряем приоритетные эффекты, которые регулируют порядок колонизации видов бактерий. Наконец, мы измеряем реакцию ниши на бактериальные колонизаторы, включая физические изменения и гликозилирование внеклеточного матрикса.