La differenza tra cacca di koala e cacca di wombat non è solo in forma! Diverse comunità microbiche indicano perché i koala sono in grado di digerire le foglie degli alberi di eucalipto. Ieri abbiamo pubblicato Gene e genome-centric analisi di koala e wombat microbiomi fecali punto di specializzazione metabolica per la digestione di eucalipto da Miriam E. Shiffman, Rochelle M. Soo, Paul G. Dennis, Mark Morrison, Gene W., Tyson, Philip Hugenholtz. Qui, Miriam Shiffman fornisce uno sfondo allo studio e una panoramica accessibile di ciò che questo studio sulla digestione di wombat e koala può dirci.
Ormai, probabilmente avete sentito parlare del vostro microbiota intestinale – la comunità di trilioni di microbi che colonizzano il tratto digestivo. Potresti anche aver sentito parlare di come il tuo microbiota può influenzare la nutrizione, la perdita di peso, le allergie e persino l’umore. Ma come sarebbe il microbiota intestinale in un animale che mangia solo un tipo di cibo? E se questo cibo fosse tossico per quasi tutti gli altri animali?,
I koala sussistono interamente sulle foglie degli alberi di Eucalipto, che contengono un complesso cocktail di composti con tossicità per animali e microbi allo stesso modo. Infatti, tra tutti i mammiferi, solo il koala e altri tre marsupiali (opossum brushtail, opossum ringtail comune e aliante maggiore) sono noti per consumare fogliame di eucalipto. Quindi, i koala servono come esempi da manuale per studiare come le comunità microbiche nell’intestino possono evolversi per consentire ai loro ospiti di prosperare in una nicchia dietetica specializzata.,
In precedenza, i ricercatori hanno studiato il microbioma intestinale koala utilizzando il sequenziamento 16S rRNA (“chi c’è”, ma non “cosa stanno facendo”) e saggi in vitro con isolati (“cosa stanno facendo”, ma solo tra una manciata di microbi che sono suscettibili di coltura in laboratorio). D’altra parte, shotgun metagenomics è un metodo rivoluzionario nell’ecologia microbica che fornisce l’accesso a tutti i genomi microbici in un dato ambiente, inclusa la stragrande maggioranza incolta.,
Nel 2014, sono stato visiting Fulbright scholar presso l’Australian Centre for Ecogenomics dell’Università del Queensland. I miei coautori ed io eravamo ben posizionati per promuovere questa ricerca per due motivi: (1) vivendo a Brisbane, abbiamo avuto accesso a molti marsupiali australiani nativi e (2) il Centro è specializzato in approcci basati sulla sequenza all’ecologia e all’evoluzione delle comunità microbiche, inclusi metodi computazionali per estrarre i genomi delle singole popolazioni microbiche senza doverli coltivare in laboratorio.,
Koala (non Zagget) a Lone Pine Koala Sanctuary, Brisbane. Credit: Miriam Shiffman CC DI
Abbiamo deciso di utilizzare la metagenomica comparativa per studiare la specializzazione dei microbi nel sistema digestivo del koala, confrontando il microbioma del koala con quello del suo parente vivente più vicino, il vombato. A differenza dei loro cugini koala, i vombati sono erbivori generalisti che consumano principalmente erbe e non mangiano Eucalipto., Non sarebbe etico nutrire i koala tranne le foglie di eucalipto, quindi i vombati sono i più vicini a un “gruppo di controllo” naturale per i non-eucalypt-eaters.
A tal fine, abbiamo raccolto e analizzato il DNA microbico da campioni fecali, che sono un buon proxy non invasivo per lo studio del microbiota intestinale. Zagget il koala e Phil il vombato dal naso peloso del sud, entrambi residenti al Lone Pine Koala Sanctuary di Brisbane (http://koala.net/en-au/), hanno gentilmente donato molti di questi campioni per il nostro studio.,
Utilizzando questi set di dati metagenomici, abbiamo identificato percorsi metabolici condivisi e specializzati nei microbiomi koala e wombat, sia a livello comunitario (come pool di geni) che ingrandendo i singoli genomi di popolazione. Abbiamo anche esaminato l’appartenenza alla comunità microbica (attraverso il sequenziamento 16S rRNA amplicon) attraverso otto koala e sette vombati per generalizzare i nostri risultati oltre Phil e Zagget.,
Abbiamo trovato diversi lignaggi microbici condivisi dal koala e dal wombat che svolgono un ruolo conservato nella degradazione della lignocellulosa (un ingrediente comune in entrambe le diete degli ospiti) e nel riciclaggio dell’urea (un percorso comune negli erbivori). Abbiamo anche identificato diverse popolazioni batteriche che erano distintive per ciascun ospite, inclusa una popolazione Synergistaceae che era prevalente tra i koala intervistati e codifica più percorsi correlati alla degradazione dei composti di eucalipto.
Un vombato dal naso peloso meridionale (non Phil)., Wikimedia (Kalyob) – CC BY-SA
Il nostro contributo include un >99% genoma completo per questa popolazione Synergistaceae, che prevediamo serve come un disintossicante chiave nella comunità koala intestino. Speriamo che queste informazioni porteranno all’isolamento diretto dal genoma di questa popolazione, che non è strettamente correlata ad altri membri sequenziati della sua famiglia e merita ulteriori studi.,
Oltre a una migliore comprensione scientifica del ruolo del microbiota intestinale nella specializzazione dietetica estrema, questo lavoro potrebbe portare a metodi per ripristinare l’ecologia intestinale dei koala malnutriti allevati in cattività. Sarà anche interessante determinare se gli altri tre marsupiali australiani che mangiano Eucalipto condividono microbiota comune, o se lignaggi microbici hanno co-evoluto in modo indipendente con ogni ospite.
Grazie a PeerJ per aver contribuito a diffondere questo lavoro ad un vasto pubblico.,
Leggi lo studio completo: Le analisi geniche e genomiche dei microbiomi fecali del koala e del vombato indicano una specializzazione metabolica per la digestione dell’eucalipto
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