Το φυλογενετικά ποικιλόμορφο μικροβίωμα των αυγών οξύρρυγχου είναι μια πιθανή πηγή προβιοτικών
Η δουλειά μας έχει δύο βασικούς τομείς ενδιαφέροντος, τη διατήρηση ενός απειλούμενου είδους, του οξύρρυγχου και τον τρόπο συναρμολόγησης των βακτηριακών κοινοτήτων. Η σύνδεση μεταξύ αυτών των δύο θεμάτων παρουσιάζει ευρύ ενδιαφέρον για την υδάτινη οικολογία. Ο οξύρρυγχος είτε απειλείται είτε κινδυνεύει με εξαφάνιση σε πολλούς από τους φυσικούς του βιότοπους. Υπάρχουν αρκετοί παράγοντες που συμβάλλουν, όπως η υπεραλίευση και η υποβάθμιση των οικοτόπων.
Σε αυτή τη μελέτη, εστιάσαμε στην εξαιρετικά υψηλή θνησιμότητα του αυγού, μερικά από τα οποία προκαλείται από μικροβιακή δραστηριότητα. Για να κατανοήσουμε καλύτερα αυτή τη θνησιμότητα, είχαμε εξετάσει προηγουμένως, χρησιμοποιώντας τεχνικές ανεξάρτητες από την καλλιέργεια, τη μικροβιακή κοινότητα που σχετίζεται με το αυγό με την πάροδο του χρόνου και πώς η φυλογενετική σύνθεση της μικροβιακής κοινότητας μπορεί να καθορίσει τη θνησιμότητα των αυγών. Στην άγρια φύση ή σε περιβάλλον εκκολαπτηρίου, τα εξωθημένα αυγά ψαριών και αμφιβίων (π.χ. βατράχων) είναι ουσιαστικά αποστειρωμένα αλλά εισέρχονται σε υδάτινο περιβάλλον με βακτήρια στα 10-10 κύτταρα/ml. Μέσα σε 15 λεπτά τα αυγά αποικίζονται γρήγορα από μια ποικιλία μικροβίων και η φυλογενετική σύνθεση αυτής της νέας συνδεδεμένης κοινότητας μπορεί να αλλάξει με την πάροδο του χρόνου.
Η συνοδευτική εικόνα δείχνει την επιφάνεια ενός αυγού οξύρρυγχου σε μεγέθυνση 5000x και τη μορφολογικά διαφορετική συλλογή μικροβίων που είναι προσκολλημένα. Για την περαιτέρω κατανόηση αυτής της δυναμικής κοινότητας, απομονώσαμε και χαρακτηρίσαμε αρκετές εκατοντάδες βακτηριακά στελέχη από την επιφάνεια του αυγού του οξύρρυγχου. Μετά την ταυτοποίηση στελεχών με συγκριτική φυλογένεση 16S rRNA, δοκιμάσαμε την ικανότητα κάθε στελέχους να σχηματίζει ένα βιοφίλμ, ένα μέτρο της ικανότητάς του να προσκολλάται σε μια επιφάνεια, όπως το αυγό. Μετρήσαμε επίσης τον ανταγωνισμό μεταξύ των στελεχών με μια απλή τεχνική επικάλυψης άγαρ που ανιχνεύει την αντιμικροβιακή δραστηριότητα που παράγεται από τα στελέχη. Αυτή η δοκιμή αποκάλυψε 8 στελέχη που παρήγαγαν αντιμικροβιακή δράση στοχεύοντας άλλα απομονωμένα στελέχη της μελέτης μας.
Ένα στέλεχος, συγκεκριμένα, ένα Pseudomonas sp ., παρήγαγε μια αντιμικροβιακή ένωση(εις) που ήταν αποτελεσματική έναντι του 60% των απομονώσεων και πέντε από τα έξι γνωστά παθογόνα των ψαριών. Η αναγνώριση ενός γηγενούς βακτηριακού είδους που δεν είναι γνωστό ότι είναι παθογόνο ψαριών, που παράγει αντιμικροβιακά που στοχεύουν παθογόνα ψαριών, είναι μια εξαιρετική περιγραφή ενός πιθανού προβιοτικού, ενός στελέχους που θα μπορούσε να προσκολληθεί στο αυγό και να αποτρέψει τα παθογόνα από την ανάπτυξη κρίσιμης μάζας. Η λογική μας είναι ότι μια πιο λεπτομερής κατανόηση της μικροβιακής κοινότητας που σχετίζεται με τα αυγά θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια προβιοτική προσέγγιση που μειώνει τη θνησιμότητα των αυγών (τουλάχιστον στο εκκολαπτήριο) και παρέχει καλύτερες πρακτικές διαχείρισης μειώνοντας την εξάρτηση από μη φιλικές προς το περιβάλλον χημικές ουσίες (π.χ. απολυμαντικά).
Η δεύτερη γραμμή ενδιαφέροντός μας ήταν να αποκτήσουμε μια καλύτερη κατανόηση του τρόπου συναρμολόγησης των βακτηριακών κοινοτήτων. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το αυγό του οξύρρυγχου με το εξωτερικό περίβλημα της πρωτεογλυκάνης είναι ουσιαστικά αποστειρωμένο όταν εισέρχεται στη στήλη του νερού. Αυτό παρέχει ένα εξαιρετικό μοντέλο για τη συγκέντρωση μικροβιακών κοινοτήτων καθώς μπορεί κανείς εύκολα να διερευνήσει πώς αναπτύσσεται η κοινότητα αφαιρώντας τα αυγά σε διάφορα χρονικά σημεία και προσδιορίζοντας τη φυλογενετική σύνθεση της μικροβιακής κοινότητας. Γνωρίζουμε τώρα ότι δεν μπορεί κάθε μικροβιακός πληθυσμός στο νερό να προσκολληθεί στα αυγά και ότι υπάρχουν πρωτοπόροι αποικιστές που προσκολλώνται μέσα στις πρώτες 1-3 ώρες ακολουθούμενοι από δευτερεύοντες εισβολείς που αναδιοργανώνουν την κοινότητα κατά 24 ώρες.
Μερικές από τις απομονώσεις μας είναι πρώιμοι αποικιστές. Γνωρίζουμε επίσης ότι ορισμένα γνωστά παθογόνα ψάρια όπως το Aeromonas μπορεί να αποικίσει επιθετικά το αυγό στη φύση. Επιπλέον, το μοντέλο αυγών μπορεί να προσδιορίσει πώς συγκεκριμένοι βακτηριακοί πληθυσμοί αλλάζουν την ανάπτυξη της κοινότητας ενισχύοντας τη διαδικασία γονιμοποίησης στο εκκολαπτήριο με ένα μόνο βακτηριακό στέλεχος. Για παράδειγμα, δείξαμε ότι παρεμβαίνοντας νωρίς στον αποικισμό των αυγών με αυτόν τον τρόπο, μπορούμε να μειώσουμε το επίπεδο θνησιμότητας των αυγών.
Θα πρέπει να είναι σαφές ότι εάν μπορούμε να χειριστούμε τη μικροβιακή κοινότητα στο αυγό προς μια λιγότερο παθογόνο δομή, τότε έχουμε περισσότερες πιθανότητες να διατηρήσουμε υδρόβια είδη όπως ο οξύρρυγχος. Σε μεγαλύτερη οικολογική κλίμακα, τα υδρόβια ζώα έχουν εξελιχθεί για εκατομμύρια χρόνια και η εξελικτική τους ευημερία αποδεικνύει ότι έχουν διαπραγματευτεί επιτυχώς με τον μικροβιακό κόσμο των «φυσικών» υδρόβιων συστημάτων. Ωστόσο, οι δραματικές αλλαγές στην υδρόβια μικροβιακή κοινότητα που προκαλούνται από την κλιματική αλλαγή ή πιο άμεσες ανθρωπογενείς δραστηριότητες (μολυσματικές ουσίες) θα μπορούσαν να αλλάξουν ριζικά την επιβίωση των υδρόβιων ζώων μετατοπίζοντας αυτή την ισορροπία. Πρέπει να κατανοήσουμε καλύτερα αυτές τις βασικές συνδέσεις, ώστε να μπορέσουμε να διατηρήσουμε τη βιοποικιλότητα των υδάτινων συστημάτων.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Antagonistic Interactions and Biofilm Forming Capabilities Among Bacterial Strains Isolated from the Egg Surfaces of Lake Sturgeon (Acipenser fulvescens), που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Microbial Ecology . Επικεφαλής αυτής της εργασίας ήταν ο Terence L. Marsh από το Michigan State University.
