Covariația dietei și a microbiomului intestinal în megafauna africană PNAS
Editat de John Terborgh, Universitatea din Florida, Cedar Key, FL și aprobat pe 10 octombrie 2019 (primit pentru revizuire 2 aprilie 2019)
Semnificaţie
Dieta și compoziția microbiomului intestinal sunt importante pentru sănătatea și nutriția la mamifere, dar modul în care acestea acoperă ca răspuns la schimbările de mediu rămâne prost înțeles - atât pentru că compoziția dietei este rareori cuantificată cu precizie, cât și pentru că studiile legate de dietă - legăturile microbiomului la animalele captive nu pot fi reflectă cu acuratețe dinamica comunităților naturale. Analizând legăturile dietă - microbiom într-un ansamblu de erbivore mari de mamifere din Kenya, am constatat că modificările sezoniere ale dietei și ale compoziției microbiomilor au fost puternic corelate în cadrul unor populații, în timp ce alte populații au prezentat o fluctuație temporală redusă fie în dietă, fie în microbiom. Identificarea mecanismelor care generează variații specifice speciilor în sensibilitatea dietei - legătura microbiomului la schimbările de mediu ar putea ajuta la explicarea performanței diferențiale a populației și a structurii rețelei alimentare în cadrul comunităților ecologice.
Abstract
Legăturile dintre dietă și microbiomul intestinal sunt importante pentru sănătate, nutriție și ecologie la mamifere. Bacteriile intestinale modifică răspunsurile imune pentru a menține sănătatea (1), iar perturbările din microbiomul intestinal pot provoca boli (2). Ierbivorele de mamifere se asociază cu taxoni microbieni intestinali particulari, în parte deoarece se bazează pe aceste bacterii pentru a extrage energie și substanțe nutritive din alimente, sintetiza vitamine și detoxifica compușii de apărare a plantelor (3). Numeroasele servicii pe care microbii intestinali le oferă gazdelor lor influențează aproape sigur nu doar capacitatea individuală, ci și dinamica populațiilor, comunităților și rețelelor alimentare în care sunt încorporați indivizii (4).
Se prevede că covariația dietei - microbiomilor este frecventă, pe motiv că compoziția dietei este un factor determinant al diversității nișei microbiene în intestin (11). De exemplu, dietele care conțin mai multe alimente bogate în fibre și vegetale ar trebui să genereze o varietate mai mare de nișe microbiene decât cele care nu (5). De asemenea, variația temporală a dietei ar putea crește eterogenitatea nișelor microbiene și, prin urmare, crește diversitatea microbiomului. Cu toate acestea, deficiențele de date limitează în prezent chiar și comparațiile de bază ale diversității dietetice și microbiomului pentru majoritatea speciilor de mamifere, ceea ce inhibă dezvoltarea teoretică și împiedică eforturile de a explica cauzele și consecințele variației microbiomului (11). Explorarea puterii, extinderii și generalității dietei - covariația microbiomului în interiorul și între specii ar putea ajuta la contextualizarea modelelor observate în cadrul studiilor și la ghidarea investigațiilor ulterioare asupra semnificației funcționale a variației compoziției microbiomului intestinal.
Un obstacol de lungă durată în studierea modelelor de dietă la nivelul întregii comunități - covariația microbiomilor a fost dificultatea identificării precise a alimentelor consumate de animalele libere. Analiza bazată pe ADN a probelor de fecale permite acum caracterizarea concomitentă atât a dietei, cât și a microbiomului, creând posibilitatea de a testa variația cu granulație fină a dietei - nexusul microbiomului (19, 20). Am efectuat astfel de analize pe o comunitate de 33 de specii mari de erbivore de mamifere într-o savană keniană semiaridă (Fig. 1A). Membrii diferiți din punct de vedere funcțional ai acestei comunități reprezintă 7 ordine de mamifere, cu dimensiuni cuprinse între ∼2 și ∼4,000 kg, au diverse anatomii intestinale (rumegătoare, pseudoruminante, fermentatoare intestinale), includ atât sălbatice (n = 27), cât și domesticite în libertate (n = 6) specii (precum și 8 specii amenințate la nivel global și aproape amenințate) și ocupă o gamă largă de bresle de hrănire erbivore (pășunători, browsere și hrănitoare mixte).