Wpływ diety na różnorodność mikrobiomu jelitowego żubra i odporność na zakażenie endopasożytami

Mikrobiom jelitowy, stanowiący zbiór bakterii, grzybów, wirusów i pierwotniaków zamieszkujących przewód pokarmowy, jest ściśle zaangażowany w wiele aspektów fizjologii żywiciela w ciągu jego życia. Dieta odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu składu, funkcji i różnorodności mikrobiomu jelitowego. Wzajemne oddziaływanie diety i składu mikrobiomu jelitowego jest ważne dla zdrowia i odżywiania się ssaków.

Niewiele wiadomo na temat tego, jak sezonowe zmiany w składzie i jakości diety determinują zbiorowiska drobnoustrojów jelitowych, co jest ważne w procesie trawienia i funkcjonowaniu dzikich roślinożerców, w tym w odporności na pasożyty. Badania nad wzajemnym oddziaływaniem diety i mikrobiomu zwierząt domowych i trzymanych w niewoli nie odzwierciedlają w pełni zależności obserwowanych w dzikich populacjach. Dlatego podjęcie badań nad mikrobiomem jelitowym u dzikich dużych zwierząt roślinożernych jest ważne dla lepszego zrozumienia związku między strategiami żerowania a różnorodnością mikrobiomu i jego funkcją.

Planujemy zbadanie mikrobiomu jelitowego żubra (Bison bonasus), największego europejskiego roślinożercy, uratowanego przed wyginięciem i charakteryzującego się niską zmiennością genetyczną. Duży dymorfizm płciowy oraz różnorodność zajmowanych siedlisk i warunków żerowania (w tym dokarmiania zimowego) różnych stad żubrów stwarzają naturalny eksperyment terenowy i czynią z gatunku idealny model do badania wpływu czynników środowiskowych i biologicznych na różnorodność mikrobiomu i odporność żywiciela na pasożyty

Stawiamy hipotezę, że różnorodność mikrobiomu będzie większa, gdy żubry będą żerować na bardziej zróżnicowanym zestawie roślin i pokarmie o wyższej jakości. Będzie ona również wyższa u samców. Dokarmianie i korzystanie z upraw rolnych będą silnie modyfikować mikrobiom żubrów. Oczekujemy również, że dieta, zmieniając mikrobiom, będzie wpływać na odporność żubrów na pasożyty.

Powyższe cele i założenia zamierzamy przetestować analizując skład mikrobiomu jelitowego oraz skład i jakość diety z wykorzystaniem świeżych próbek odchodów pobranych w różnych porach roku oraz w różnych stadach żubrów. Różnorodność mikrobiomów bakteryjnych  będzie analizowana przy użyciu najnowocześniejszych metod sekwencjonowania NGS (metabarkodowanie minibarkodu 16S rRNA DNA i sekwencjonowanie typu shotgun całych genomów), Metabarkodowanie fragmentów DNA kodujących pętlę P6 intronu chloroplastowego trnL i 28S rRNA zostanie wykorzystane do badania składu diety żubrów i identyfikacji nicieni w próbkach kału. Wykorzystamy także różnorodne nowoczesne narzędzia bioinformatyczne i bazy danych sekwencji do identyfikacji grup/taksonów mikroorganizmów, roślin i nicieni. Na koniec wykorzystamy zaawansowane modelowanie statystyczne do przetestowania wpływu jakości diety (w tym dokarmiania), wielkości ciała i warunków środowiskowych na różnorodność mikrobiomu jelitowego i obecność bakterii hamujących rozwój nicieni pasożytniczych.

Projekt reprezentuje innowacyjne podejście, ponieważ łączy w sobie nieinwazyjne gromadzenie materiału badawczego i sekwencjonowanie DNA nowej generacji, analizę diety opartą na ekstrakcji DNA roślin, analizę jakości diety w bliskiej podczerwieni i modelowanie statystyczne. Po raz pierwszy takie badania zostaną przeprowadzone na żubrze, największym lądowym ssaku Europy i jednym z ostatnich przedstawicieli legendarnej megafauny. Gatunek ten został uznany za gatunek uchodźcę, przystosowany do siedlisk otwartych i ograniczony do suboptymalnych siedlisk leśnych. Wysoce innowacyjnym aspektem badania jest zbadanie wpływu diety żywiciela i mikrobiomu jelitowego na oporność na pasożyty. Ponieważ pasożyty stanowią główne zagrożenie dla ochrony żubrów i innych dzikich zwierząt, wyniki tego projektu mogą pomóc w zidentyfikowaniu mechanizmów odpowiedzialnych za występowanie i dynamikę pasożytów oraz zapewnić narzędzia do adaptacyjnego zarządzania populacjami dużych ssaków.