Afiliere Institutul Național de Metrologie, Calitatea și Tehnologia, Rio de Janeiro, Brazilia

bacteriene

Afiliere Institutul Național de Metrologie, Calitatea și Tehnologia, Rio de Janeiro, Brazilia

Afiliere Instituto de Bioquímica Médica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazilia

Afiliere Instituto de Bioquímica Médica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazilia

Afiliere Institutul Național de Metrologie, Calitatea și Tehnologia, Rio de Janeiro, Brazilia

Afiliere Institutul Național de Control al Calității în Sănătate, Fundația Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, Brazilia

Afiliere Laboratório Nacional de Computação Científica, Rio de Janeiro, Brazilia

Afilieri Institutul Național de Metrologie, Calitatea și Tehnologia, Rio de Janeiro, Brazilia, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, Brazilia

Afilieri Institutul Național de Metrologie, Calitatea și Tehnologia, Rio de Janeiro, Brazilia, Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazilia

Departamentul de Afiliere Bioquímica, Universitatea de Stat din Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazilia

Afilieri Institutul Național de Metrologie, Calitatea și Tehnologia, Rio de Janeiro, Brazilia, Instituto de Bioquímica Médica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazilia

  • Alexander M. Cardoso,
  • Janaína J. V. Cavalcante,
  • Ricardo P. Vieira,
  • Joyce L. Lima,
  • Maria Angela B. greacă,
  • Maysa M. Clementino,
  • Ana Teresa R. Vasconcelos,
  • Eloi S. Garcia,
  • Wanderley de Souza,
  • Rodolpho M. Albano

Cifre

Abstract

Melcul invaziv Achatina fulica este unul dintre cei mai dăunători dăunători agricoli din întreaga lume, reprezentând o amenințare potențial gravă pentru ecosistemele naturale și sănătatea umană. Se știe că această specie poartă paraziți și adăpostește o comunitate microbiană densă și activă din punct de vedere metabolic; cu toate acestea, se știe puțin despre diversitatea și compoziția sa. Aici, am evaluat pentru prima dată complexitatea comunităților bacteriene care apar în tractul digestiv al melcilor colectați pe câmp (FC) prin utilizarea analizei moleculare independente de cultură. Culturile și bacteriile intestinale din FC au fost apoi comparate cu cele din grupuri de melci care au fost crescuți în laborator (RL) pe o dietă pe bază de trestie de zahăr. Majoritatea secvențelor recuperate au fost noi și legate de cele raportate pentru intestinul erbivor. Modificări în abundența relativă de bacteroidete și Firmicutes au fost observate atunci când melcii au fost hrăniți cu o dietă bogată în zahăr, sugerând că microbiota intestinului melcului ar putea influența ecuația echilibrului energetic. Mai mult, acest studiu reprezintă un prim pas pentru a înțelege mai bine microbiota intestinului melcului terestru și arată că acesta este un sistem holobiont complex care conține comunități microbiene diverse, abundente și active.

Citare: Cardoso AM, Cavalcante JJV, Vieira RP, Lima JL, Grieco MAB, Clementino MM și colab. (2012) Comunități bacteriene intestinale în melcul uriaș Achatina fulica și modificarea lor prin dieta pe bază de trestie de zahăr. PLOS ONE 7 (3): e33440. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0033440

Editor: Ahmed Moustafa, Universitatea Americană din Cairo, Egipt

Primit: 23 noiembrie 2011; Admis: 9 februarie 2012; Publicat: 15 martie 2012

Finanțarea: Această lucrare a fost susținută de Fundația Carlos Chagas Filho de Amparo din Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ) și Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Melcul african gigant Achatina fulica este originar din zonele forestiere din Africa de Est, dar datorită interferenței umane și capacității sale invazive ridicate, acesta poate fi găsit în multe regiuni de pe glob, inclusiv în pădurile tropicale din Brazilia. S-a raportat că această moluscă este un vector intermediar al viermilor și microorganismelor, provocând o mare varietate de boli [1], [2]. A. fulica este extrem de adaptabilă la o gamă largă de medii, modificându-și eventual microbiota intestinală pentru a se potrivi condițiilor locale. Prin urmare, s-a sugerat că speciile terestre au o mare capacitate de adaptare și supraviețuire și pot conține o microbiotă interesantă, specializată în hidroliza rapidă și fermentarea biomasei vegetale lignocelulozice cu o eficiență extraordinară [3]. Cu toate acestea, diversitatea microbiană din melcii de pământ pulmonat a fost până acum investigată slab de studii anterioare folosind metode de cultivare [3], [4].

Studii recente metagenomice și in silico au furnizat dovezi puternice că bacteriile intestinale îndeplinesc funcții utile pentru gazdă, cum ar fi digestia polizaharidelor complexe, generarea de energie (transformarea zaharurilor în acizi grași cu lanț scurt), sinteza aminoacizilor și vitaminelor esențiale, prevenirea de creștere a organismelor dăunătoare și de apărare împotriva unor boli [5] - [7]. Studiile folosind nevertebrate sugerează, de asemenea, că există încă multă diversitate microbiană de descris care ar putea dezvălui interacțiuni metabolice interesante. De exemplu, prima analiză metagenomică a microflorei intestinului unei termite superioare pune în lumină metabolismul microbian și genele funcționale relevante pentru aplicații biotehnologice, cum ar fi producția de biocombustibili [8]; la nevertebratele care hrănesc cu sânge, cum ar fi lipitorul medicinal, comunitățile microbiene complexe sunt probabil importante pentru fitness-ul gazdei, din cauza necesității de nutrienți puțini în sânge [9]; la muștele tsetse și la țânțari, microbiota lor asociată poate influența, de asemenea, competența vectorului gazdă al insectelor prin mai multe mecanisme, cum ar fi activarea răspunsurilor lor imune sau inhibarea directă a dezvoltării agentului patogen [10].

Lucrări recente arată că melcii planorbiți conțin o comunitate bacteriană intestinală foarte diversă [11], dar până în prezent știm relativ puțin despre microbiota asociată melcilor terestre. Aici, pentru a evalua diversitatea microbiană și succesiunea comunității bacteriene în tractul gastro-intestinal al melcului invaziv gigant, a fost efectuată o analiză moleculară independentă de cultură. Acest studiu reprezintă prima investigație care relevă comunitățile bacteriene intestinale din cadrul Achatina fulica și, de asemenea, compară efectul dietei pe bază de trestie de zahăr asupra compoziției comunității intestinale.

Materiale și metode

Declarație de etică

Pentru această lucrare nu este necesară o declarație de etică. Nu au fost necesare permise specifice pentru studiile de teren descrise. Locația nu este proprietate privată sau protejată în niciun fel și nu a implicat specii pe cale de dispariție sau protejate.

Recuperarea bacteriilor din probe de culturi și fecale

În Rio de Janeiro, Brazilia, au fost capturate șapte melci Achatina fulica colectate pe câmp, cu o greutate cuprinsă între 70-80 g. Probele de fecale recoltate au fost plasate într-un tub steril pe gheață și transferate imediat în laborator și congelate la -80 ° C până la extracția ADN-ului. Pentru a minimiza apariția bacteriilor tranzitorii în lichidul recoltei, melcii au fost ținuți în condiții de foame cu o fotoperioadă naturală timp de aproximativ 72 de ore, fără apă și fără substrat înainte de colectarea probei prin canulare a esofagului gurii cu un set de vene cu scalp fără ac. atașat la o seringă (Figura S1). Aceleași animale au fost apoi crescute în laborator. Dietele lor constau într-o dietă bogată în energie, care conține doar trestie de zahăr timp de șase luni. Din acestea, trei grame de probe de fecale grupate au fost suspendate energic într-un tub Falcon de 50 ml care conținea 45 ml de PBS (soluție salină tamponată cu fosfat; 8 gl -1 NaCl, 0,2 gl -1 KCl, 1,44 gl -1 Na2HPO4 · 12H2O, 0,24 gl -1 KH2PO4, pH 7,6). Suspensia fecală și lichidul de cultură au fost apoi filtrate prin filtre Sterivex de 0,2 Sm (Millipore) după filtrare prin 3,0 (m pentru a separa microbii liberi de organisme și particule mai mari.

Clonarea construcției și secvențării bibliotecii

Analiza bioinformatică

Toate secvențele au fost aliniate global folosind software-ul MUSCLE [15] și rafinate în continuare manual. Datele la distanță au fost generate din biblioteca de clone utilizând modelul Kimura cu doi parametri și analizate folosind programul de calculator MOTHUR [16] pentru a grupa secvențele în unități taxonomice operaționale (OTU), pe baza unei secțiuni de identitate de secvență de 97%. MEGA4 [17] a fost folosit pentru a construi un arbore UPGMA, care a fost reprogramat de 1000 de ori. Analiza coordonatelor principale ponderate (PCoA) a fost efectuată pentru a evalua similitudinea dintre eșantioane utilizând UNIFRAC [18].

Rezultate si discutii

Se știe puțin despre compoziția microbiotei melcilor. În această lucrare, am investigat dacă diversitatea și compoziția comunităților bacteriene variază de-a lungul diferitelor părți ale tractului digestiv al melcului uriaș Achatina fulica. De asemenea, am comparat efectul relativ al unei diete bogate în carbohidrați asupra structurii comunității bacteriene intestinale. Intestinul lui A. fulica este remarcabil de simplu (Figura 1), posibil datorită vieții sale terestre și a obiceiurilor sale de hrănire. Cultura este cea mai mare parte a foregutului și este locul de depozitare și digestie inițială a alimentelor [19]. Intestinul este un tub lung, îngust și înfășurat ca la alte erbivore [20]. Pentru a caracteriza populațiile microbiene din tractul gastro-intestinal al melcului, am prelevat conținutul bacterian din cultură (C) și probele fecale (I) de la șapte melci colectați pe câmp (FC).