Štúdia českých vedcov ukázala, že baktérie vtákov sa prenášajú z matky na potomkov podobne ako pri cicavcoch, teda až po vyliahnutí.
Sýkorka veľká (Parus major) je jedným z najčastejšie študovaných vtáčích druhov v evolučno-ekologickom výskume. Ilustračný obrázok. Zdroj: Wikimedia Commons
V biológii sa vedie búrlivá debata o tom, či môžu rodičia rôznych živočíšnych druhov vrátane ľudí odovzdávať potomkom užitočné baktérie už počas embryonálneho vývoja. Vyriešiť tento problém nie je pre vedcov jednoduché, lebo baktérie žijú takmer všade. Ľahko tak môžu kontaminovať nástroje či chemikálie používané vo výskume, čím sa výrazne skreslia výsledky vedeckých štúdií.
Nová štúdia českých vedcov, publikovaná v medzinárodnom časopise FEMS Microbiology Ecology, dokazuje na príklade voľne žijúcej sýkorky veľkej (Parus major), že nakladené vtáčie vajcia aj vyvíjajúce sa embryá sú takmer sterilné a že k osídleniu črevnej mikrobioty vtákov dochádza až po vyliahnutí.
Práca vznikala pod vedením doc. Michala Vinklera z Prírodovedeckej fakulty Univerzity Karlovej a Martina Těšického, ktorý teraz pôsobí v Ústave biológie stavovcov AV ČR a na Veterinárnej fakulte Mníchovskej univerzity. Na výskume sa podieľal medziodborový tím vedcov aj z ďalších inštitúcií, menovite z Českého hydrometeorologického ústavu a Univerzity v Granade.
Kolonizovanie baktériami až počas pôrodu
Črevný mikrobióm sa zásadne zúčastňuje na vývoji tráviaceho a imunitného systému a môže prispievať alebo, naopak, zabraňovať vzniku celého radu fyziologických porúch a ochorení. Uvažuje sa, že by tento vplyv mohol byť kľúčový predovšetkým na počiatku vývoja organizmu, teda v ranom veku detí a mláďat.
Prvé výsledky získané s nástupom nových molekulárno-genetických technológií pred dvadsiatimi rokmi naznačovali, že mikrobiálne prostredie v tele matky poskytuje základ na utváranie mikrobioty, ktorú si nový organizmus nesie už od okamihu formovania embrya.
Najnovšie štúdie uskutočnené na ľuďoch však teraz ukazujú, že vyvíjajúce sa embryo je pri cicavcoch za fyziologických podmienok sterilné, lebo baktérie neprenikajú cez placentu. Prvé baktérie tak tráviaci trakt mláďat cicavcov kolonizujú pravdepodobne až počas pôrodu, a to predovšetkým prostredníctvom vagíny a pokožky.
Situácia pri vtákoch
Ako je to však pri vtákoch, kde placenta neexistuje, k pôrodu nedochádza a zárodok je po dlhý čas vývoja odkázaný len sám na seba a na vajce, ktoré ho chráni?
Sýkorka veľká hniezdi v dutinách stromov, ale aj vo vtáčích búdkach, kde kladie zvyčajne 8 až 12 škvrnitých vajec. Zdroj: Přírodovědecká fakulta UK, autor: Martin Těšický
„Pri vtákoch sa na rozdiel od cicavcov embryo vyvíja vo vajci, ktoré obsahuje nutrične bohatý bielok a žĺtok. Na jednej strane je síce chránené škrupinou a ďalšími vajcovými obalmi, z ktorých je najmä bielok nabitý kokteilom látok ničiacich baktérie, takzvanými antimikrobiálnymi proteínmi, ale na strane druhej je vajce v hniezde oveľa viac vystavené napospas mikróbom z okolitého prostredia,“ opísal Michal Vinkler.
Na to, či možno i tak predpokladať, že vajce a nakoniec aj vyvíjajúce sa zárodky sú pri vtákoch sterilné podobne ako pri cicavcoch, sa pokúsil odpovedať medziodborový tím pod vedením vedcov z Katedry zoológie Univerzity Karlovej v Prahe výskumom voľne žijúcich vtákov, pri ktorých je riziko prenosu baktérií do vajec najväčšie. Cieľom projektu bolo zistiť, kedy a akými mechanizmami baktérie kolonizujú vtáčie vajce. Výskum sa realizoval na dlhodobo sledovanej populácii voľne žijúceho spevavca – sýkorky veľkej.
V lesoch v Ďáblickom a Čimickom háji v Prahe sa nachádzajú stovky hniezdnych búdok, ktoré ornitológovia museli pravidelne kontrolovať. Zdroj: Přírodovědecká fakulta UK, autor: Martin Těšický
Použitie dvoch sekvenčných prístupov
Z asepticky odobraných vzoriek vedci stanovili zloženie mikrobiómu vajec krátko po znesení, ktoré potom porovnali so zložením mikrobioty tráviaceho traktu embryí tesne pred vyliahnutím. Využili pri tom postupy molekulárne genetického mikrobiálneho metabarcodingu, založeného na sekvenovaní génu pre bakteriálnu 16S rRNA. Zloženie mikrobioty vajec potom porovnali s komunitami baktérií získaných zo vzoriek trusu samíc odchytených na rovnakých hniezdach.
Vajce po znesení bez bakteriálnej DNA
Vajcia odobrané bezprostredne po znesení neobsahovali prakticky žiadnu bakteriálnu DNA. V čreve vyvíjajúceho sa embrya boli pri časti vajec nájdené veľmi málo početné baktérie niekoľkých rodov. Príliš sa však nepodobali zloženiu mikrobiómu zisteného z trusu samíc.
Mohlo by to naznačovať, že niektoré baktérie môžu kolonizovať vajce cez póry v škrupine počas inkubácie v hniezde (trans-shell kolonizácia). Aj to sa však pravdepodobne deje len veľmi vzácne. „Naše výsledky tak ukazujú, že vtáčie vajce je krátko po znesení takmer sterilné a že k masívnej kolonizácii tráviaceho traktu baktériami dochádza pri vtákoch až po vyliahnutí,“ povedal Martin Těšický, prvý autor štúdie a v súčasnosti postdoktorand v Ústave biológie stavovcov AV ČR a na Veterinárnej fakulte Mníchovskej univerzity.
Mláďa sýkorky, staré približne 16 dní, so zvyškami prachového peria tesne pred opustením hniezdnej búdky. Zdroj: Přírodovědecká fakulta UK, autor: Martin Těšický
„Hoci sa v niekoľkých predchádzajúcich experimentálnych štúdiách pri sliepkach zistilo, že niektoré patogény, ako napríklad Salmonella či Campylobacter, sa s nízkou frekvenciou môžu preniesť z infikovaných matiek na vajcia a následne aj na mláďatá, naša štúdia naznačuje, že ide skôr o výnimky a že sa takýto prenos netýka väčšiny symbiotických ani potenciálne patogénnych baktérií,“ dodal. „Hlavná výhoda nášho prístupu spočíva v tom, že sme použili dva rôzne sekvenčné protokoly a vyvinuli sme nový prístup, ako eliminovať chyby v detekcii baktérií, takže naše výsledky sú pomerne dobre podložené,“ objasnil Jakub Kreisinger z Univerzity Karlovej.
Výsledky tejto štúdie ukazujú, že baktérie vtákov sa typicky prenášajú z matky na potomkov podobne ako pri cicavcoch, teda až po vyliahnutí. Táto práca tak prispieva nielen k základnému pochopeniu evolučných vzťahov medzi mikróbmi a ich hostiteľmi, ale prináša aj praktické poznatky uplatniteľné v zoohygiene a vo veterinárnom lekárstve.
Zdroj: TS Prírodovedecká fakulta Univerzity Karlovej
(zh)
