Il microbioma alterato nei moscerini della frutta può guidare il cambiamento evolutivo

L'espressione "sei quello che mangi" ha assunto un nuovo significato. In un esperimento sui moscerini della frutta, o Drosophila melanogaster, ricercatori dell'Università della Pennsylvania hanno scoperto che l'aggiunta di diverse specie di microbi al cibo delle mosche ha causato la divergenza genetica delle popolazioni, accumulando significativi cambiamenti genomici in sole cinque generazioni.

"Il nostro lavoro è molto suggestivo che la composizione della comunità microbica guidi, almeno in parte, come si stanno evolvendo gli organismi in cui vivono, "dice Paul Schmidt, un biologo alla Penn e autore senior del lavoro, che appare sul giornale PNAS . "Il fatto che possiamo vedere questo effetto in esperimenti condotti su una scala temporale così breve suggerisce che l'entità degli effetti di fitness che i microbi hanno è incredibile".

A differenza di un esperimento di laboratorio, dove ogni possibile aspetto dell'ambiente è controllato, dalla genetica delle mosche stesse alla temperatura e alla dieta, al fine di amplificare le differenze tra i trattamenti, questa serie di esperimenti ha avuto luogo all'aperto, alla Pennovation Works nel campus di Penn. L'ambientazione rispecchia più da vicino la natura, soggetto alle condizioni atmosferiche, cambi di stagione, anche lo strano ragno o la macchia di sporco che si intromette nei recinti.

Il fatto che, nonostante le potenziali influenze di questi fattori esterni, i ricercatori hanno ancora scoperto che i cambiamenti del microbioma hanno un effetto significativo sui genomi delle popolazioni di mosche, rende la scoperta ancora più avvincente, dice Schmidt.

Penso che sia giusto dire che abbiamo conservato quanto più realismo ecologico possibile a scapito della rilevazione di grandi effetti. Abbiamo appena spostato l'abbondanza relativa di questi microbi nella dieta delle mosche, e questo è stato sufficiente per vedere un effetto."

Paul Schmidt, Penn biologo

Schmidt e il borsista postdottorato Seth Rudman, l'autore principale dell'articolo, ha approfittato del fatto che le mosche hanno comunità di microbiomi relativamente semplici rispetto ad altri organismi, come gli umani.

"Se fai un'indagine su un microbioma di mammifero, molti dei batteri che trovi nell'intestino sono sconosciuti, " dice Rudman. "Ma questo non è il caso delle mosche. Succede solo che la Drosophila abbia solo circa 100 specie nella loro comunità di microbiomi".

Altri vantaggi dei moscerini della frutta per questo tipo di studio includono il loro breve tempo di generazione (si possono studiare diverse generazioni in pochi mesi) e il fatto che possono essere allevati fino a dimensioni della popolazione estremamente elevate. In questo caso, ciò significava centinaia di migliaia di mosche in ogni esperimento.

Da lavori precedenti, gli scienziati avevano la sensazione che il microbioma fosse collegato ai cambiamenti nella forma fisica della mosca. Le mosche provenienti da latitudini più settentrionali tendono ad avere più batteri Lactobacillus come parte del loro microbioma, e anche vivere più a lungo, hanno meno uova e sono più tolleranti allo stress. popolazioni più meridionali, d'altra parte, che tendono ad avere più batteri Acetobacter, aveva una vita più breve, più uova, ed erano meno tolleranti allo stress. Il lavoro in laboratorio ha mostrato che l'esposizione delle mosche a questi due tipi di batteri ha suscitato gli stessi tratti.

Ma potrebbero i microbi guidare l'evoluzione di intere popolazioni di mosche? Per provarlo, Schmidt, Rudman, e colleghi hanno progettato una configurazione sperimentale per manipolare i microbiomi delle mosche. Hanno introdotto un migliaio di mosche in ciascuno dei numerosi recinti a rete all'aperto, 2 metri cubi e adornato con tappezzante e un pesco. Variavano il cibo in alcuni recinti, integrandolo con Acetobacter o Lactobacillus.

I ricercatori hanno confermato che l'alimentazione alterava i microbiomi delle mosche, anche se di poco. era abbastanza, però, per influenzare i loro geni. Confrontando i genomi delle mosche all'inizio dello studio con la conclusione, dopo cinque generazioni, il team ha potuto individuare cambiamenti distinti nella frequenza di alcuni alleli - una variante di un gene - che erano coerenti con ciò che è stato visto nelle popolazioni naturali di mosche.

"Abbiamo scoperto che l'allele più comune nelle gabbie della soluzione di Lactobacillus era anche l'allele più comune al nord, dove Lactobacillus stesso è più comune, " dice Rudman. "E l'allele che era più comune nelle gabbie di Acetobacter era anche l'allele che è più comune nel sud, dove Acetobacter è più comune."

Ai ricercatori, quella scoperta ha messo a dura prova l'importanza dell'influenza dei microbi.

"La linea di fondo è, i microbi guidano un rapido adattamento, " dice Schmidt.

Se questo effetto si traduca sugli esseri umani e su altri animali è materia di ulteriori studi, dicono gli autori, ma numerosi studi hanno sottolineato il potente effetto del microbioma.

Nel lavoro futuro, i ricercatori capovolgeranno il copione, test per vedere se i cambiamenti nei profili genetici delle mosche influenzano quali microbi possono prendere piede nei loro microbiomi. E analizzeranno anche più a fondo per determinare con precisione in che modo il microbioma mutevole influenza il suo ospite.

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