Автор: Салем Клеменс

В этой серии статей я намерен раскрыть невидимый мир наших аквариумов — микробиом! Первая часть посвящена микробиомам, обитающим внутри наших кораллов и на них.


Что такое микробиология и как изучают микроорганизмы?
Микробиология — наука, изучающая микроскопические организмы. На протяжении многих веков основным инструментом микробиологии был микроскоп. Сегодня существуют десятки микроскопов, которые позволяют взглянуть на микроскопический мир под разными углами.

Несмотря на то, что микроскопы позволяют ученым изучать образцы, еще одна полезная технология — возможность разведения интересных для науки видов. Многое из того, что мы понимаем об этих маленьких экосистемах — результат совместного использования микроскопов и культивирования видов.

К сожалению, ученые способны культивировать лишь небольшое количество организмов, а подавляющее большинство микроорганизмов можно увидеть лишь мимолетно, что ограничивает возможности науки понять всю глубину системы микроорганизмов. К счастью, в последние годы генетические технологии прогрессируют с впечатляющей скоростью. Прогресс секвенирования способствовал развитию метабаркодирования и других методов.

Эти технологии позволяют ученым анализировать строение сообщества микроорганизмов образца и изучать, какие микробы и в каком количестве живут в образце. Поскольку в метабаркодировании используется ДНК, полученная от образца среды, данный метод можно считать не зависящим от отдельных штаммов.

Научный прогресс больше не ограничивается тем, что мы можем увидеть через микроскоп, или штаммами, которые мы способны разводить в чашке Петри. Впервые в истории мы можем увидеть полную картину невидимого мира, существующего прямо у нас перед носом.


Новый взгляд на кораллы
Данная технология значительно ускорила темпы изучения кораллов, позволила лучше понять такие феномены, как обесцвечивание, нерест и развитие инфекций. А кульминацией стало появление новой концепции кораллов.

Если раньше кораллы воспринимались как колониальные животные с симбиотическими зооксантеллами, сейчас они считаются самодостаточными экосистемами. Такая экосистема включает сам коралл, его зооксантеллы и миллионы микробов, живущих в кораллах и вокруг них, — подобная живая система называется «голобионт» (holobiont). «Holo» означает «весь, целый», а «biont» означает «жизнь». Поэтому, «голобионт» означает «все формы жизни» на кораллах и вокруг них.

Так что же включает в себя живая система?
Кораллы служат домом для очень многообразного сообщества микроорганизмов, включающего все формы жизни: бактерии, археи (архебактерии), простейшие, вирусы и грибки — все они живут в кораллах. Каждый вид выполняет определенную функцию. Некоторые занимаются метаболизмом побочных продуктов жизнедеятельности коралла и помогают круговороту углерода и серы, в частности, Rhodobacteraceae, тогда как другие помогают защитить коралл от внешних захватчиков, в частности, бактериофаги и гетеротрофные бактерии.

Хотя большинство симбионтов обитает в желудочно-кишечной полости или в слизистой оболочке, микро-жизнь присутствует и на других участках кораллов. Отдельные виды эндолитических водорослей и грибков колонизируют структуру скелета кораллов, где они напрямую передают своем «хозяину» дополнительную энергию.

Здоровый голобионт находится в состоянии симбиоза, где все организмы извлекают взаимную пользу. Вся система находится в состоянии непрерывного балансирования, где коралл выступает центральным регулятором. Подобная гибкость выгодна кораллам, т.к. позволяет им «стряхивать» микробных партнеров, если те становятся бесполезными в конкретной ситуации.

Например, если коралл оказался на какое-то время в воде, содержащей избыточное количество азота, он способен сократить в своем «сообществе» концентрацию связывающих азот бактерий

Вулстра К.Р и др., 2021, Расширение естественных адаптационных способностей голобионтов кораллов, ResearchGate.
https://www.researchgate.net/publication/355190425_Extending_the_natural_adaptive_capacity_of_coral_holobionts

Что же происходит потом?
Обычно система функционирует хорошо, но также как и многое в жизни, она работает до тех пор, пока не происходит какой-то сбой. Микробная пластичность кораллов — это палка о двух концах, которая в отдельных случаях может привести к катастрофическим последствиям.

Одна из ведущих патогенных моделей описывает голобионт, вступающий в стадию «дисбиоза». Проблемы могут возникнуть при длительном воздействии стресса или чрезмерного стресса в единичном случае. Благодаря многим комплексным системам кораллы способны распознать, какие виды микроорганизмов полезны для них.

Поскольку обычно виды удалялись из системы только если они оказывались ненужными, кораллу сложно распознать, если симбиотический партнер задержался в системе. В своем недавнем исследовании Скриппс продемонстрировал, что избыток растворенных органических веществ (dissolved organic matter, DOM) в системе может спровоцировать резкий рост бактерий.

Приток питательных веществ позволяет ранее полезным бактериям разрастаться до состояния эпидемии и быстро погубить коралл. Происходит смещение от симбиоза к дисбиозу, от полезного к патогенному. Еще один способ заражения кораллов связан с попаданием внешних захватчиков.

Например, во время серьезных колебаний параметров среды, как правило, связанных с обесцвечиванием, погибают многие пробиотики, которые либо напрямую поглощают патогенные бактерии, или же производят антибактериальные соединения для борьбы с ними. И хотя кораллы способны пережить значительные колебания, некоторые из наиболее важных партнеров-микроорганизмов могут погибнуть, оставляя коралл беззащитным для вторжения.


Необходимо менять концепцию
Несмотря на то, что научное сообщество приняло концепцию голобионта, в сфере аквариумистики о ней мало сведений. Нам, как сообществу, необходимо переосмыслить подход к здоровью кораллов и учитывать микробиом животных, о которых мы заботимся.

Чрезмерное доверие к живым камням, избыточная УФ стерилизация, низкомикронная фильтрация и широкое применение антибиотиков наносят серьезный ущерб экосистеме микроорганизмов наших кораллов. Можно рассмотреть связь между растущим уровнем заболеваний кораллов, наблюдающимся в аквариумистике, и стремлением к полному уничтожению микробов, которое многие современные риферы считают секретом успешного содержания аквариума.

Химическая сторона содержания аквариумистики достигла новых высот благодаря доступности ICP тестирования, но понимание микробиома только сейчас начинает развиваться благодаря биотехнологическим компаниям, таким как Hydrospace и Aquabiomics.

Предстоит еще долгий путь до того, как регулирование микроорганизмов станет основным направлением, но обсуждение, обучение и инновации — ключевые аспекты расширения наших знаний и, что самое важное, улучшения ухода за животными, которых мы все любим. Следите за обновлениями, потому что я планирую рассказать об иммунных реакциях, отдельных заболеваниях и полезных микробах.


Об авторе
Салем Клеменс увлекается аквариумистикой уже десять лет, и последние пять лет работает в этой индустрии. Он сотрудничал с многочисленными аква-магазинами, а сейчас самостоятельно занимается разведением кораллов, фитопланктона и ракообразных.

Салем учится на последнем курсе по специальности Молекулярная биология и биотехнологии со специализацией в области химии. Он исследует патогены кораллов, зооксантеллы и способы передачи сигнала в системах голобионтов. Он хотел бы получить докторскую степень и надеется заниматься консервационной деятельностью.
Любимые кораллы Салема — Гониопора и зоантусы, но недавно он увлекся Dendronepthya и Scleronepthya. Любимые рыбы — голубой хромис и мурены.


О публикации новых статей и новостях ReefCentral.ru теперь можно узнавать из нашего Telegram-канала.

Количество показов статьи: 631