Глюкокортикоїди модулюють шлунково-кишковий мікробіом у дикої птиці

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

Grupo de Ecología Animal, Університет Віго, Torre CACTI, 36310, Віго, Іспанія

Інститут обчислювальної біології, Школа громадського здоров'я Інституту Мілкена, Університет Джорджа Вашингтона, Ешберн, штат Вірджинія, США

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

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

Grupo de Ecología Animal, Університет Віго, Torre CACTI, 36310, Віго, Іспанія

CIBIO-InBIO, Centre de Investigação em Biodiversidade e Recursos Genéticos, Universidade do Porto, Portugal

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

Анотація

Нещодавно було висловлено гіпотезу, що вплив стресу (наприклад, через секрецію глюкокортикоїдів) може призвести до порушення регуляції мікробіома бактеріальної кишки, вирішального "органу" для здоров'я тварин. Однак чи впливає стрес (наприклад, через секрецію глюкокортикоїдів) на мікробіом бактерій кишок природних популяцій, невідомо. Ми експериментально змінили базальний рівень глюкокортикоїдів (імплантати кортикостерону) у диких видів птахів, жовтоногих чайок Ларус Міхеліс, для оцінки його впливу на шлунково-кишкову мікробіоту. Наші результати свідчать про недостатню представленість декількох мікробних таксонів у імплантованих кортикостероном птахів. Важливо, що таке зменшення включало потенційно патогенні пташині бактерії (напр. Мікоплазма і Мікровірга), а також деякі таксони коменсалу, які можуть бути корисними для птахів (наприклад, Firmicutes). Наші висновки чітко демонструють тісний зв’язок між спільнотами мікробіомів та рівнем глюкокортикоїдів у природних популяціях. Крім того, вони пропонують сприятливий вплив стресу на зменшення ризику зараження, що слід вивчити в майбутніх дослідженнях.

Виноски

Електронні додаткові матеріали доступні в Інтернеті за адресою https://dx.doi.org/10.6084/m9.figshare.c.4056533.

Список літератури

. 2005 Оснащений на все життя: адаптаційна роль осі стресу у ссавців чоловічої статі . Дж. Ссавці. 86, 236–247. (doi: 10.1644/BHE-001.1) Crossref, ISI, Google Scholar

. 2004 Фізіологічний стрес в екології: уроки з біомедичних досліджень . Тенденції Ecol. Евол. 19, 249–255. (doi: 10.1016/j.tree.2004.03.008) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Фостер Дж. А., Нойфельд КАМ

. 2013 Вісь кишечник-мозок: як мікробіом впливає на тривогу та депресію . Тенденції Neurosci. 36, 305–312. (doi: 10.1016/j.tins.2013.01.005) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Сєкіров І, Рассел С.Л., Антунес ЛКМ, Фінлей Б.Б.

. 2010 Мікробіота кишечника у стані здоров’я та хвороб . Фізіол. Преподобний. 90, 859–904. (doi: 10.1152/physrev.00045.2009) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

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

. 2011 Вплив соціального стресору змінює структуру кишкової мікробіоти: наслідки для імуномодуляції, спричиненої стресором . Мозок Behav. Імунний. 25, 397–407. (doi: 10.1016/j.bbi.2010.10.023) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

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

. 2010 Вплив стресору порушує коменсальні мікробні популяції в кишечнику і призводить до посиленої колонізації Citrobacter rodentium . Заразити. Імунний. 78, 1509–1519. (doi: 10.1128/IAI.00862-09) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Glaser R, Kiecolt-Glaser JK

. 2005 Стресова імунна дисфункція: наслідки для здоров’я . Нат. Преподобний Імунол. 5, 243–251. (doi: 10.1038/nri1571) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Беркхолдер К, Томпсон К, Ейнштейн М, Епплгейт Т, Паттерсон Дж

. 2008 Вплив стресових факторів на нормальну мікробіоту кишечника, морфологію кишечника та сприйнятливість до Salmonella enteritidis колонізація у бройлерів . Поля Наук. 87, 1734–1741. (doi: 10.3382/ps.2008-00107) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Вербрюгге Е, Бойен Ж, Гаастра З, Бекхуїс Л, Лейман Б, Ван Парис А, Гебсрук Ж, Пасманс Ж

. 2012 Складна взаємодія між стресом та бактеріальними інфекціями у тварин . Ветеринар. Мікробіол. 155, 115–127. (doi: 10.1016/j.vetmic.2011.09.012) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

. 2009 Неприємності на день можуть утримати збудників хвороби: реакція на стрес «бій або втеча» та посилення імунної функції . Інтегр. Комп. Біол. 49, 215–236. (doi: 10.1093/icb/icp045) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

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

. 2000 Підвищення напруги імунної функції шкіри: роль для γ інтерферон . Proc. Natl Акад. Наук. США 97, 2846–2851. (doi: 10.1073/pnas.050569397) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

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

. 2016 Стрес і мікробіом: зв’язок глюкокортикоїдів з динамікою бактеріального співтовариства у диких білих білок . Біол. Lett. 12, 20150875. (doi: 10.1098/rsbl.2015.0875) Посилання, ISI, Google Scholar

Gross WB, Colmano G

. 1970 Кортикостерон та АКТГ як засоби лікування Кишкова паличка інфекція у курей . Поля Наук. 49, 1256–1258. (doi: 10.3382/ps.0491256) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Murone J, DeMarchi JA, Venesky MD

. 2016 Вплив кортикостерону впливає на стійкість господаря, але не на толерантність до нових грибкових збудників . PLOS ONE 11, e0163736. (doi: 10.1371/journal.pone.0163736) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Шонкоф JP, Гарнер А.С., Зігель Б.С., Доббінс М.І., Ерлз М.Ф., Гарнер А.С., Макгін Л, Паско Дж, Вуд Д.Л.

. 2012 Вплив на все життя наслідків раннього дитинства та токсичного розвитку . Педіатрія 129, e232 – e246. (doi: 10.1542/peds.2011-2663) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Noguera JC, Kim SY, Velando A

. 2017 Стрес, який передається родиною у дикої птиці . Proc. Natl Акад. Наук. США 114, 6794–6799. (doi: 10.1073/pnas.1706242114) PubMed, ISI, Google Scholar

Ромеро Л.М., Рід Ж.М.

. 2005 Збір базових зразків кортикостерону на місцях: тривалість не перевищує 3 хв? Комп. Біохім. Фіз. A 140, 73–79. (doi: 10.1016/j.cbpb.2004.11.004) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Гріффітс R, Double MC, Orr K, Dawson RJ

. 1998 р. ДНК-тест для сексу більшості птахів . Мол. Екол. 7, 1071–1075. (doi: 10.1046/j.1365-294x.1998.00389.x) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

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

. 2013 Розробка стратегії секвенування з подвійним індексом та конвеєра кураторів для аналізу даних послідовностей ампліконів на платформі секвенування MiSeq Illumina . Заяв. Навколишнє середовище. Мікробіол. 79, 5112–5120. (doi: 10.1128/AEM.01043-13) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Schloss PD et al.

2009 Представляємо Mothur: програмне забезпечення для опису та порівняння мікробних спільнот з відкритим кодом, незалежне від платформи програмне забезпечення, що підтримується громадою . Заяв. Навколишнє середовище. Мікробіол. 75, 7537–7541. (doi: 10.1128/AEM.01541-09) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Едгар RC, Хаас BJ, Clemente JC, Айва C, Knight R

. 2011 UCHIME покращує чутливість та швидкість виявлення химери . Біоінформатика 27, 2194–2200. (doi: 10.1093/bioinformatics/btr381) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Ван Q, Гарріті Г.М., Тідже Дж.М., Коул Дж

. 2007 Наївний баєсівський класифікатор для швидкого віднесення послідовностей рРНК до нової бактеріальної таксономії . Заяв. Навколишнє середовище. Мікробіол. 73, 5261–5267. (doi: 10.1128/AEM.00062-07) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Каллахан Б.Дж., Санкаран К., Фукуяма Дж.А., МакМерді П.Дж., Холмс С.П.

. 2016 р. Робота біопровідника для аналізу даних мікробіомів: від необроблених даних до аналізів громади . F1000Дослідження 5, 1492. (doi: 10.12688/f1000research.8986.2) Crossref, PubMed, Google Scholar

Віттінгем, Дж. Дж., Стівенс П.А., Бредбері Р.Б., Фреклтон Р.П.

. 2006 Чому ми все ще використовуємо поетапне моделювання в екології та поведінці? J. Anim. Екол. 75, 1182–1189. (doi: 10.1111/j.1365-2656.2006.01141.x) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

McMurdie PJ, Holmes S.

. 2013 Phyloseq: пакет R для відтворюваного інтерактивного аналізу та графіки даних перепису мікробіомів . PLOS ONE 8, e61217. (doi: 10.1371/journal.pone.0061217) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

McMurdie PJ, Holmes S.

. 2014 Відходи ні, не хочу: чому розрідження даних мікробіомів неприпустимо . PLoS Comp. Біол. 10, e1003531. (doi: 10.1371/journal.pcbi.1003531) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

. 2010 Чи поводяться клоакальні патогенні мікроби як паразити, що передаються статевим шляхом у птахів ? Відкрити Орнітол. J. 3, 72–85. (doi: 10.2174/1874453201003010072) Crossref, Google Scholar

Бенскін К.М., Вільсон К., Джонс К., Хартлі І.Р.

. 2009 Бактеріальні збудники у диких птахів: огляд частоти та наслідків зараження . Біол. Преподобний. 84, 349–373. (doi: 10.1111/j.1469-185X.2008.00076.x) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

. 2012 Різноманітність та функції мікробіоти кишок птахів . J. Comp. Фізіол. B 182, 591–602. (doi: 10.1007/s00360-012-0645-z) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Grond K, Lanctot RB, Jumpponen A, Sandercock BK

. 2017 Набір та встановлення мікробіома кишечника у арктичних берегових птахів . FEMS мікробіол. Екол. 93, виправлення142. (doi: 10.1093/femsec/fix142) Crossref, ISI, Google Scholar

2014 Дієта швидко і відтворюється змінює мікробіом кишечника людини . Природа 505, 559–563. (doi: 10.1038/nature12820) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Руболіні Д, Романо М, Бонкораліо Г, Феррарі РП, Мартінеллі Р, Галеотті П, Фасола М, Сайно Н

. 2005 Вплив підвищеного рівня яєчного кортикостерону на поведінку, ріст та імунітет жовтоногих чайок (Ларус Міхеліс) пташенята . Горм. Поводитись. 47, 592–605. (doi: 10.1016/j.yhbeh.2005.01.006) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Кітайський А.С., Вінгфілд JC, Піатт JF

. 2001 Кортикостерон полегшує жебрацтво та впливає на розподіл ресурсів у чорноногих кошенят . Поводитись. Екол. 12, 619–625. (doi: 10.1093/beheco/12.5.619) Crossref, ISI, Google Scholar

Peckett AJ, Wright DC, Riddell MC

. 2011 Вплив глюкокортикоїдів на ліпідний обмін жирової тканини . Обмін речовин 60, 1500–1510. (doi: 10.1016/j.metabol.2011.06.012) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Лей Р.Е., Бекхед Ф, Тернбо П, Лозупоне Каліфорнія, Найт Р.Д., Гордон СІ

. 2005 Ожиріння змінює екологію мікроорганізму кишечника . Proc. Natl Акад. Наук. США 102, 11 070–11 075. (doi: 10.1073/pnas.0504978102) Crossref, ISI, Google Scholar

Зулкіфлі I, Зігель П

. 1995 Чи є позитивна сторона стресу? Світовий пултр. Наук. J. 51, 63–76. (doi: 10.1079/WPS19950006) Crossref, ISI, Google Scholar

Fairbairn DJ, Blanckenhorn WU, Székely T

. 2007 рік Стать, розмір та гендерні ролі: еволюційні дослідження диморфізму статевих розмірів . Оксфорд, Великобританія: Oxford University Press. Crossref, Google Scholar

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

. 2013 Фенотипова інтеграція, специфічна для статі: ендокринні профілі, забарвлення та поведінка у молодих олух . Поводитись. Екол. 25, 76–87. (doi: 10.1093/beheco/art088) Crossref, ISI, Google Scholar

Веландо А, Коста М.М., Кім С.Ю.

. 2017 р. Специфічні для статі фенотипи та пов’язана з метаболізмом експресія генів у неповнолітніх ціп’яків . Поводитись. Екол. 28, 1553–1563. (doi: 10.1093/beheco/arx129) Crossref, ISI, Google Scholar

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

. 2008 Утилізація полісахаридів кишковими бактеріями: потенціал для нового розуміння геномного аналізу . Нат. Преподобний Мікробіол. 6, 121–131. (doi: 10.1038/nrmicro1817) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Вада Х, Бройнер CW

. 2008 Перехідне підвищення рівня кортикостерону змінює поведінку жебрацтва та ріст білоголових птахів горобців . J. Exp. Біол. 211, 1696–1703. (doi: 10.1242/jeb.009191) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Мюллер C, Jenni-Eiermann S, Jenni L

. 2009 Вплив короткого періоду підвищеного циркулюючого кортикостерону на постнатальний ріст вільноживучих євразійських пустель Falco tinnunculus . J. Exp. Біол. 212, 1405–1412. (doi: 10.1242/jeb.024455) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar