Zespół naukowców z Instytutu Nauk o Środowisku UJ (Karol H. Nowak, Monika Prus-Frankowska, dr Michał R. Kolasa, dr Mateusz Buczek, dr hab. Piotr Łukasik), Norweskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii, Uniwersytetu Helsińskiego i Uniwersytetu Jyväskylä opracował przełomowe podejście do badania mikroorganizmów zamieszkujących ciała dzikich owadów. Wyniki badań, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie "Microbiome", ujawniają niezwykłą różnorodność i złożoność relacji między bakteriami a ich owadzimi gospodarzami - zwłaszcza wśród tzw. „ciemnych taksonów” (ang. "dark taxa"), czyli grup bardzo licznych i różnorodnych, ale z przewagą trudnych do identyfikacji i często nieznanych nauce gatunków.

Owady, stanowiące ponad połowę wszystkich znanych gatunków na Ziemi, nie żyją samotnie. W ich ciałach i na ich powierzchni bytują niezliczone kolonie mikroorganizmów - bakterii i grzybów. Mikroorganizmy te tworzą dynamiczny ekosystem zwany mikrobiomem, gdzie wchodzą w interakcje między sobą, jak również z gospodarzem. Niektóre bakterie wspierają gospodarza, dostarczając mu niezbędnych substancji odżywczych, czy chroniąc przed pasożytami i patogenami, inne zaś potrafią manipulować jego rozmnażaniem, a nawet wpływać na ewolucję całych populacji.

Jednak mimo ogromnej roli mikrobiomu w świecie przyrody, dotąd większość badań mikrobiomu owadów skupiała się na wybranych modelowych gatunkach, takich jak pszczoły czy mszyce. Naukowcy postanowili spojrzeć szerzej - na setki gatunków muchówek z rodziny zadrowatych (Phoridae) zamieszkujących północną Szwecję. To owady niezwykle liczne, występujące niemal wszędzie - od lasów i bagien, po miasta i jaskinie, ale wciąż pozostają wyjątkowo słabo zbadane.

- Mimo iż nie przekraczają kilku milimetrów wielkości i mogą wydawać się mało charyzmatyczne, muszki zadrowate to jedna z najbardziej różnorodnych grup zwierząt na świecie. Wykorzystaliśmy je jako model naturalnego, wielogatunkowego zbiorowiska owadów - mówi Karol H. Nowak.

Badacze opracowali nowatorski system analityczny, który łączy kilka metod biologii molekularnej i bioinformatyki. Wśród kluczowych innowacji znalazły się: równoczesne sekwencjonowanie DNA owada i jego mikrobiomu; wykorzystanie tzw. "spike-inów" - syntetycznych fragmentów DNA, pozwalających szacować liczbę bakterii, zamiast stwierdzania jedynie ich obecności; użycie danych pozostałych z sekwencjonowania gospodarzy do uzyskania precyzyjniejszego wglądu w różnorodność i rozmieszczenie bakterii z rodzaju Wolbachia - najczęściej występujących symbiontów owadów na świecie; zastosowanie zaawansowanego modelowania statystycznego (HMSC), które pozwoliło zrozumieć, jakie czynniki - środowisko, gatunek, płeć czy genotyp gospodarza - kształtują mikrobiom owadów.

Zespół przebadał ponad 1800 osobników i zidentyfikował 186 gatunków muszek zadrowatych. Wykazano znaczne, nawet ponad 1000-krotne różnice w liczebności bakterii między osobnikami reprezentującymi nawet ten sam gatunek. Stwierdzono duże różnice w składzie mikrobiomu pomiędzy gatunkami i płciami. Okazało się, że bakterie, takie jak Wolbachia, tworzą bardzo specyficzne relacje z gospodarzami. Natomiast innym ważnym elementem mikrobiomu muszek były taksony znane także z mikrobiomu innych zwierząt i człowieka.

Badania tych niepozornych muszek - klasycznego przykładu "ciemnych taksonów" - pokazują, jak niewiele jeszcze wiemy o przyrodzie wokół nas. Dzięki nowej metodzie naukowcy byli w stanie nie tylko zidentyfikować gatunki słabo poznanych owadów, ale też zrozumieć, jakie mikroorganizmy są z nimi związane i jak wyglądają ich wzajemne relacje.

W obliczu zmian klimatu i gwałtownego spadku liczby owadów zrozumienie ich mikrobiomu może pomóc przewidzieć, jak będą reagować na stres środowiskowy, choroby i skutki działalności człowieka. Badacze podkreślają, że ekosystemy to nie tylko organizmy widoczne gołym okiem, ale także miliony mikroskopijnych stworzeń, które z nimi współpracują lub rywalizują.

Nowe narzędzia opracowane przez zespół badaczy otwierają drogę do systematycznych, globalnych badań nad mikrobiomami zwierząt w środowisku naturalnym - nie tylko owadów, ale też innych grup organizmów.

źródło: uj.edu.pl/wiadomosci, autor:  Łukasz Wspaniały