A glükokortikoidok modulálják a gasztrointesztinális mikrobiomot egy vadmadárban

Grupo de Ecología Animal, Universidade de Vigo, Torre CACTI, 36310, Vigo, Spanyolország

Számítási Biológiai Intézet, Milken Institute Közegészségügyi Iskola, George Washington Egyetem, Ashburn, VA, USA

CIBIO-InBIO, Centro de Investigação em Biodiversidade e Recursos Genéticos, Universidade do Porto, Portugália

Grupo de Ecología Animal, Universidade de Vigo, Torre CACTI, 36310, Vigo, Spanyolország

Számítási Biológiai Intézet, Milken Institute Közegészségügyi Iskola, George Washington Egyetem, Ashburn, VA, USA

CIBIO-InBIO, Centro de Investigação em Biodiversidade e Recursos Genéticos, Universidade do Porto, Portugália

Grupo de Ecología Animal, Universidade de Vigo, Torre CACTI, 36310, Vigo, Spanyolország

Absztrakt

Nemrégiben feltételezték, hogy a stressznek való kitettség (pl. Glükokortikoid szekréció útján) diszregulálhatja a baktériumok bélmikrobiómáját, amely az állatok egészségének kulcsfontosságú „szerve”. Nem ismert azonban, hogy a stressz expozíció (pl. Glükokortikoid szekréció révén) befolyásolja-e a természetes populációk bakteriális bélmikrobiomját. Kísérletileg megváltoztattuk a bazális glükokortikoid szintet (kortikoszteron implantátumok) egy vadon élő madárfajban, a sárga lábú sirályban. Larus michahellis, a gyomor-bél mikrobiotára gyakorolt hatásainak felmérésére. Eredményeink szerint számos mikrobiális taxon alulreprezentált a kortikoszteron-beültetett madarakban. Fontos, hogy az ilyen redukció magában foglalta a potenciálisan patogén madárbaktériumokat (pl. Mycoplasma és Microvirga) és néhány kommensális taxont is, amelyek hasznosak lehetnek a madarak számára (pl. Firmicutes). Eredményeink egyértelműen igazolják a mikrobiom közösségek és a természetes populációk glükokortikoid szintje közötti szoros kapcsolatot. Továbbá javasolják a stressz jótékony hatását a fertőzés kockázatának csökkentésében, amelyet a jövőbeni vizsgálatok során fel kell tárni.

Lábjegyzetek

Az elektronikus kiegészítő anyagok online elérhetők a https://dx.doi.org/10.6084/m9.figshare.c.4056533 címen.

Hivatkozások

. 2005 Egész életre felszerelve: a stressz tengelyének adaptív szerepe hím emlősökben . J. Mammal. 86, 236–247. (doi: 10.1644/BHE-001.1) Crossref, ISI, Google Tudós

. 2004 Élettani stressz az ökológiában: tanulságok az orvosbiológiai kutatásból . Trendek Ecol. Evol. 19., 249–255. (doi: 10.1016/j.tree.2004.03.008) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Foster JA, Neufeld KAM

. 2013 Gut – agy tengely: hogyan befolyásolja a mikrobiom a szorongást és a depressziót . Trends Neurosci. 36, 305–312. (doi: 10.1016/j.tins.2013.01.005) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Sekirov I, Russell SL, Antunes LCM, Finlay BB

. 2010 Bél mikrobiota az egészség és a betegségek terén . Physiol. Fordulat. 90, 859–904. (doi: 10.1152/physrev.00045.2009) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Bailey MT, Dowd SE, Galley JD, Hufnagle AR, Allen RG, Lyte M

. 2011 A társadalmi stresszornak való kitettség megváltoztatja a bél mikrobiota szerkezetét: következményei a stresszor által kiváltott immunmodulációra . Brain Behav. Immun. 25, 397–407. (doi: 10.1016/j.bbi.2010.10.023) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Bailey MT, Dowd SE, Parry NM, Galley JD, Schauer DB, Lyte M

. 2010 A stresszor-expozíció megzavarja a belekben lévő kommenzális mikrobiális populációkat, és fokozott kolonizációhoz vezet Citrobacter rodentium . Fertőz. Immun. 78, 1509–1519. (doi: 10.1128/IAI.00862-09) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Glaser R, Kiecolt-Glaser JK

. 2005 Stressz okozta immunrendszeri zavar: következmények az egészségre . Nat. Rev. Immunol. 5., 243–251. (doi: 10.1038/nri1571) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Burkholder K, Thompson K, Einstein M, Applegate T, Patterson J

. 2008 A stresszorok hatása a normál bél mikrobiotára, a bél morfológiájára és a fogékonyságra Salmonella enteritidis kolonizáció brojlerekben . Csibe. Sci. 87, 1734–1741. (doi: 10.3382/ps.2008-00107) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Verbrugghe E, Boyen F, Gaastra W, Bekhuis L, Leyman B, Van Parys A, Haesebrouck F, Pasmans F

. 2012 A stressz és a bakteriális fertőzések komplex kölcsönhatása állatokban . Állatorvos. Microbiol. 155, 115–127. (doi: 10.1016/j.vetmic.2011.09.012) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

. 2009 A napi nehézségek távol tarthatják a kórokozókat: a harc vagy menekülés stresszválasz és az immunfunkció fokozása . Integr. Comp. Biol. 49, 215–236. (doi: 10.1093/icb/icp045) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Dhabhar FS, Satoskar AR, Bluethmann H, David JR, McEwen BS

. 2000 A bőr immunfunkciójának stressz okozta fokozása: szerepe a γ interferon . Proc. Natl Acad. Sci. USA 97, 2846–2851. (doi: 10.1073/pnas.050569397) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Stothart MR, Bobbie CB, Schulte-Hostedde AI, Boonstra R, Palme R, Mykytczuk NC, Newman AE

. 2016 Stressz és a mikrobiom: a glükokortikoidok összekapcsolása a vadmókusok baktériumközösségi dinamikájával . Biol. Lett. 12., 20150875. (doi: 10.1098/rsbl.2015.0875) Link, ISI, Google Tudós

Bruttó WB, Colmano G

. 1970 kortikoszteron és ACTH, mint kezelések Escherichia coli csirkék fertőzése . Csibe. Sci. 49, 1256–1258. (doi: 10.3382/ps.0491256) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Murone J, DeMarchi JA, Venesky MD

. 2016 A kortikoszteronnak való kitettség befolyásolja a gazdaszervezet rezisztenciáját, de nem toleranciát a kialakuló gombás kórokozóval szemben . PLOS ONE 11., e0163736. (doi: 10.1371/journal.pone.0163736) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Shonkoff JP, Garner AS, Siegel BS, Dobbins MI, Earls MF, Garner AS, McGuinn L, Pascoe J, Wood DL

. 2012 A kora gyermekkori nehézségek és a mérgező csípések életen át tartó hatása . Gyermekgyógyászat 129, e232 – e246. (doi: 10.1542/peds.2011-2663) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Noguera JC, Kim SY, Velando A.

. 2017 Család által terjedő stressz egy vadmadárban . Proc. Natl Acad. Sci. USA 114., 6794–6799. (doi: 10.1073/pnas.1706242114) PubMed, ISI, Google Tudós

Romero LM, Reed JM

. 2005 Alapszintű kortikoszteron minták gyűjtése a terepen: 3 perc alatt van elég jó? Comp. Biochem. Phys. A 140, 73–79. (doi: 10.1016/j.cbpb.2004.11.004) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Griffiths R, Double MC, Orr K, Dawson RJ

. 1998 DNS-teszt a legtöbb madár ivarérésére . Mol. Ecol. 7, 1071–1075. (doi: 10.1046/j.1365-294x.1998.00389.x) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Kozich JJ, Westcott SL, Baxter NT, Highlander SK, Schloss PD

. 2013 kettős indexű szekvenálási stratégia és kurációs folyamat kidolgozása az amplikon szekvencia adatok elemzéséhez a MiSeq Illumina szekvenáló platformon . Appl. Környezet Microbiol. 79, 5112–5120. (doi: 10.1128/AEM.01043-13) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Schloss PD és mtsai.

2009 A Mothur bemutatása: nyílt forráskódú, platformfüggetlen, közösség által támogatott szoftver a mikrobaközösségek leírására és összehasonlítására . Appl. Környezet Microbiol. 75, 7537–7541. (doi: 10.1128/AEM.01541-09) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Edgar RC, Haas BJ, Clemente JC, Quince C, Knight R

. A 2011-es UCHIME javítja a kimérák érzékenységét és sebességét . Bioinformatika 27., 2194–2200. (doi: 10.1093/bioinformatics/btr381) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Wang Q, Garrity GM, Tiedje JM, Cole JR

. 2007 Naiv bayesiai osztályozó az rRNS-szekvenciák gyors hozzárendeléséhez az új bakteriális taxonómiába . Appl. Környezet Microbiol. 73., 5261–5267. (doi: 10.1128/AEM.00062-07) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Callahan BJ, Sankaran K, Fukuyama JA, McMurdie PJ, Holmes SP

. 2016 Bioconductor munkafolyamat a mikrobiómás adatok elemzéséhez: a nyers olvasásoktól a közösségi elemzésekig . F1000Research 5., 1492. (doi: 10.12688/f1000research.8986.2) Crossref, PubMed, Google Tudós

Whittingham MJ, Stephens PA, Bradbury RB, Freckleton RP

. 2006 Miért használunk még mindig lépésenkénti modellezést az ökológiában és a viselkedésben? J. Anim. Ecol. 75, 1182–1189. (doi: 10.1111/j.1365-2656.2006.01141.x) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

McMurdie PJ, Holmes S

. 2013 Phyloseq: R csomag a mikrobiom-összeírási adatok reprodukálható interaktív elemzéséhez és grafikájához . PLOS ONE 8., e61217. (doi: 10.1371/journal.pone.0061217) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

McMurdie PJ, Holmes S

. 2014 Nem hulladék, nem akar: miért megengedhetetlen a mikrobiom adatok ritkítása . PLoS Comp. Biol. 10., e1003531. (doi: 10.1371/journal.pcbi.1003531) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

. 2010 A kloák patogén mikrobák nemi úton terjedő parazitaként viselkednek-e a madarakban ? Nyissa meg az Ornithol alkalmazást. J. 3, 72–85. (doi: 10.2174/1874453201003010072) Crossref, Google Tudós

Benskin CM, Wilson K, Jones K, Hartley IR

. 2009 Baktérium kórokozók vadmadarakban: a fertőzés gyakoriságának és hatásainak áttekintése . Biol. Fordulat. 84., 349–373. (doi: 10.1111/j.1469-185X.2008.00076.x) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

. 2012 A madárbél mikrobiota sokfélesége és működése . J. Comp. Physiol. B 182, 591–602. (doi: 10.1007/s00360-012-0645-z) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Grond K, Lanctot RB, Jumpponen A, Sandercock BK

. 2017 A bélmikrobiom toborzása és létesítése sarkvidéki parti madarakban . FEMS Microbiol. Ecol. 93, fix142. (doi: 10.1093/femsec/fix142) Crossref, ISI, Google Tudós

A 2014-es étrend gyorsan és reprodukálható módon megváltoztatja az emberi bél mikrobiomját . Természet 505, 559–563. (doi: 10.1038/nature12820) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Rubolini D, Romano M, Boncoraglio G, Ferrari RP, Martinelli R, Galeotti P, Fasola M, Saino N

. 2005 A megnövekedett petesejt kortikoszteron szint hatása a sárgalábú sirály viselkedésére, növekedésére és immunitására (Larus michahellis) csibék . Horm. Viselkedés. 47, 592–605. (doi: 10.1016/j.yhbeh.2005.01.006) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Kitaysky AS, Wingfield JC, Piatt JF

. 2001 A kortikoszteron megkönnyíti a koldulást és befolyásolja az erőforrások elosztását a fekete lábú kittiwake-ben . Viselkedés Ecol. 12., 619–625. (doi: 10.1093/beheco/12.5.619) Crossref, ISI, Google Tudós

Peckett AJ, Wright DC, Riddell MC

. 2011 A glükokortikoidok hatása a zsírszöveti lipid anyagcserére . Anyagcsere 60, 1500–1510. (doi: 10.1016/j.metabol.2011.06.012) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Ley RE, Bäckhed F, Turnbaugh P, Lozupone CA, Knight RD, Gordon JI

. 2005 Az elhízás megváltoztatja a bél mikrobiális ökológiáját . Proc. Natl Acad. Sci. USA 102, 11 070–11 075. (doi: 10.1073/pnas.0504978102) Crossref, ISI, Google Tudós

Zulkifli I, Siegel P

. 1995 Van-e a stressznek pozitív oldala? A világ Poultr. Sci. J. 51, 63–76. (doi: 10.1079/WPS19950006) Crossref, ISI, Google Tudós

Fairbairn DJ, Blanckenhorn WU, Székely T

. 2007 Nem, méret és nemi szerepek: a szexuális méretű dimorfizmus evolúciós vizsgálata . Oxford, Egyesült Királyság: Oxford University Press. Crossref, Google Tudós

Fargallo JA, Velando A, López-Rull I, Gañán N, Lifshitz N, Wakamatsu K, Torres R

. 2013 Nemspecifikus fenotípusos integráció: endokrin profilok, színeződés és viselkedés fiatalkori csecsemőknél . Viselkedés Ecol. 25, 76–87. (doi: 10.1093/beheco/art088) Crossref, ISI, Google Tudós

Velando A, Costa MM, Kim SY

. 2017 Nem-specifikus fenotípusok és az anyagcserével kapcsolatos génexpresszió juvenilis tapadásokban . Viselkedés Ecol. 28., 1553–1563. (doi: 10.1093/beheco/arx129) Crossref, ISI, Google Tudós

Flint HJ, Bayer EA, Rincon MT, Lamed R, Fehér BA

. 2008 Poliszacharidok felhasználása bélbaktériumok által: új meglátások lehetősége a genomi elemzésből . Nat. Rev. Microbiol. 6., 121–131. (doi: 10.1038/nrmicro1817) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Wada H, Breuner CW

. 2008 A kortikoszteron átmeneti emelkedése megváltoztatja a fehér koronás verebek fióka koldus viselkedését és növekedését . J. Exp. Biol. 211, 1696–1703. (doi: 10.1242/jeb.009191) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós

Müller C, Jenni-Eiermann S, Jenni L

. 2009 Az emelkedett keringésű kortikoszteron rövid periódusának hatása a szabadon élő eurázsiai kagylók posztnatális növekedésére Falco tinnunculus . J. Exp. Biol. 212, 1405–1412. (doi: 10.1242/jeb.024455) Crossref, PubMed, ISI, Google Tudós