Snodgrassella alvi
|
|
| Snodgrassella alvi | |
|---|---|
| Snodgrassella alvi , mikroskopia elektronowa | |
| Klasyfikacja naukowa | |
| Domena: | Bakteria |
| Gromada: | pseudomonadota |
| Klasa: | betaproteobakterie |
| Zamówienie: | Neisseriale |
| Rodzina: | Neisseriaceae |
| Rodzaj: | Snodgrassella |
| Gatunek: |
S. Alvi
|
| Nazwa dwumianowa | |
|
Snodgrassella alvi Kwong i Moran 2013
|
|
Snodgrassella alvi jest gatunkiem bakterii Gram-ujemnych z rodziny Neisseriaceae i był wcześniej jedynym znanym gatunkiem z rodzaju Snodgrassella . Została wyizolowana i naukowo opisana w 2012 roku przez Waldana K. Kwonga i Nancy A. Moran , którzy nazwali bakterię na cześć amerykańskiego entomologa Roberta Evansa Snodgrassa .
Snodgrassella alvi żyje w symbiozie jako część flory jelitowej w jelicie środkowym pszczół miodnych ( Apis mellifera ) i niektórych społecznych gatunków trzmieli . W tym odcinku jelita, razem z Gilliamella apicola , są bakteriami dominującymi, z których każda stanowi do prawie 40% tamtejszej mikroflory. W jelicie Snodgrassella alvi i Gilliamella apicola współdziałają w wykorzystaniu zasobów metabolicznych, wykorzystując wzajemnie swoje metabolity i odpowiednio kolonizują różne obszary ściany jelita.
Według badania opublikowanego we wrześniu 2018 r. Snodgrassella alvi jest uszkadzany przez stosowanie pestycydu glifosatu , co powoduje upośledzenie mikroflory jelitowej. W efekcie obserwowano osłabienie odporności pszczół na szkodliwe bakterie, a co za tym idzie osłabienie zwierząt. Efekt ten był następnie omawiany na arenie międzynarodowej w różnych mediach jako możliwa przyczyna zaburzenia masowego kolonii obserwowanego na całym świecie.
Charakterystyka
Wygląd
Snodgrassella alvi jest gatunkiem bakterii, a zatem organizmem jednokomórkowym bez jądra ( prokariota ). Poszczególne komórki są krótkie i mają kształt pręta o długości około 1,0 µm i średnicy 0,4 µm. Są Gram-ujemne i dlatego mają tylko cienką otoczkę peptydoglikanową .
Bakterie są nieruchome i tworzą kolonie z innymi bakteriami w zatokach ściany jelita pszczoły. Szczepy mogą rosnąć na agarze z krwią , agarze tryptokazowo-sojowym (TSA), agarze z infuzją serca (HIA) i bulionie lizogenicznym (LB), tworząc gładkie, białe i okrągłe kolonie o średnicy około 1 milimetra lub mniejszej po 2 dniach.
Wzrost i metabolizm
Gatunek jest mikroaerofilny, tzn. najlepiej rośnie przy niskim poziomie tlenu. Atmosfera pięcioprocentowego CO 2 w temperaturze 37 °C zapewnia optymalne warunki wzrostu, podczas gdy bakterie wykazują bardzo słaby wzrost lub brak wzrostu w powietrzu lub bez tlenu (beztlenowe ) . W TSA zakres wzrostu wynosi w przybliżeniu pH 6,0 do 6,5. Test katalazowy i test reduktaz azotanowych są dodatnie, natomiast test oksydazowy (wykrywanie enzymu oksydazy cytochromu c ) jest ujemny. Testy szczepów na β-glukozydazę , β-galaktozydaza , produkcja indolu , proteoliza żelatyny i fermentacja glukozy są ujemne. Nie są hemolityczne i wykazują różne reakcje na ureazę i dihydrolazę argininową .
Bakteria może wykorzystywać kwas cytrynowy i jabłkowy jako główne źródło węgla .
Cechy chemotaksonomiczne
Łączna zawartość cytozyny i guaniny ( zawartość GC ) w DNA wynosi od 41 do 43% molowych. Głównym izoprenoidowym jest ubichinon-10 . Głównymi składnikami wytwarzanych kwasów tłuszczowych są kwas palmitynowy (C 16:0), kwas cis-wakenowy (C 18:1ω7 c/C 18:1ω6 c) i kwas laurynowy (C 12:0), dzięki którym Snodgrassella alvi może odróżnić od blisko spokrewnionych gatunków.
Genom
Genom Snodgrassela alvi został całkowicie zsekwencjonowany . Spośród 2226 genów kodujących białka, 519 genów jest niezbędnych, a 399 genów bierze udział w kolonizacji jelit pszczół miodnych.
Styl życia i fizjologia
Snodgrassella alvi żyje w jelitach pszczół miodnych i innych pszczół korbowatych ( koszyków pyłkowych ). Porównywalne genomowo szczepy stwierdzono u wszystkich kolejno badanych gatunków Apis (n=6) i Bombus (n=8) oraz u 9 z 13 badanych gatunków pszczół bezżądłowych ( Meliponini ); nie jest wykrywany u innych gatunków i poza ich żywicielami. Jest to gatunek kluczowy w jelitach pszczoły miodnej i dominuje w tym mikrobiomie wraz z siedmioma innymi gatunkami, z których niektóre nie zostały jeszcze ostatecznie zidentyfikowane: Lactobacillus spp. Firma-4, Lactobacillus spp. Firm-5 (typ Firmicutes), Bifidobacterium spp. (typ Actinobacteria ), Gilliamella apicola , Frischella perrara , Bartonella apis i Alpha 2.1 (typ Proteobacteria ). Razem gatunki te stanowią 95% bakterii jelitowych. Snodgrassella alvi , Gilliamella apicola i Frischella perrara są uważane za specyficzne gatunkowo gatunki zwornikowe.
Snodgrassella alvi i gammaproteobacterium Gilliamella apicola dominują w obszarze jelita krętego i kolonizują tam wewnętrzną ścianę jelita. Tylko kilka bakterii występuje w przedniej części jelita, podczas gdy Frischella perrara dominuje w krótkim odcinku odźwiernika i występuje tam prawie wyłącznie. W odbytnicy dominują szczepy Lactobacillus i Bifidobacterium .
Przenoszenie mikrobiomu, a zwłaszcza kluczowych gatunków, zachodzi u owadów społecznych w ulu poprzez przenoszenie śliny i pokarmu. Larwy pszczół i młode robotnice są prawie pozbawione bakterii jelitowych w pierwszych dniach życia i nabywają normalną florę bakteryjną jelit drogą pokarmową dopiero później w wyniku interakcji społecznych z innymi robotnicami oraz poprzez przenoszenie się między osobnikami w ulu podczas wzajemnego przenoszenia pokarmu ( trofalaksji ) w ich pierwsze dni poza plastrami i na początku życia w kolonii. Chociaż larwy są również karmione przez robotnice, ich jelita, których przednia i tylna część nie są połączone przed przepoczwarzeniem , są prawie wolne od bakterii. Wynika to głównie z silnej obrony immunologicznej larw i bakteriobójczego działania śliny żerujących pszczół. Dopiero po przepoczwarczeniu iw obecności karmicielek lub odchodów tych pszczół młode robotnice rozwijają typową dla ula florę jelitową. W przeciwieństwie do tego, gdy jest narażony tylko na materiał ula, taki jak plaster miodu, miód i pierzga lub tylko do śliny pszczół i trofalaksji innych pszczół, tworzą nietypową florę jelitową.
W jelicie bakterie wspomagają trawienie miodu i pyłków, a także prawdopodobnie odgrywają rolę w obronie immunologicznej przed pasożytami i bakteriami chorobotwórczymi. Ochronne działanie naturalnego składu bakteryjnego wykazano m.in. przed patogenami takimi jak pierwotniaki Crithidia bombi czy Nosema bombi , które infekują różne gatunki trzmieli i prowadzą do potencjalnie śmiertelnych infekcji. Jednak nadmierna kolonizacja jelita pszczoły przez Snodgrassella alvi może zakłócić florę jelitową i zwiększyć podatność na zakażenie trypanosomem Lotmaria passim .
Interakcja z Gilliamella apicola
W jelitach pszczół dwa dominujące gatunki Gilliamella apicola i Snodgrassella alvi zajmują różne obszary jelit i różne nisze metaboliczne. Razem tworzą biofilm na wewnętrznej ścianie jelita, gdzie kolonie Snodgrassella alvi znajdują się bezpośrednio na ścianie jelita, a kolonie Gilliamella apicola je pokrywają.
Gilliamella apicola to bakteria, która rozkłada cukry i wytwarza kwasy karboksylowe (fermentator sacharolityczny), podczas gdy Snodgrassella alvi utlenia kwasy karboksylowe. W jelitach tworzą sieć wymiany zasobów metabolicznych, w której każdy gatunek korzysta z właściwości drugiego. Gilliamella apicola odpowiednio przekształca proste węglowodany (cukry) w energię poprzez glikolizę i przekazuje pozostałe cząsteczki Snodgrassella alvi , która posiada i wykorzystuje geny niezbędne do Cykl Krebsa , ale nie może przeprowadzić glikolizy. Oba gatunki posiadają również liczne geny i białka, które umożliwiają kolonizację jelit i interakcje między komórkami bakteryjnymi.
Różnice w tych genach mogą wyjaśniać wierność żywicieli szczepów obserwowanych w poprzednich badaniach filogenetycznych. Szczepy Snodgrassella alvi mogą skolonizować swoich przodków pszczelich żywicieli, ale nie pszczół innego rodzaju. Zgodnie ze specyficznym, długoterminowym powiązaniem gospodarza, porównawcza analiza genomowa ujawniła duże różnice i niewielki lub żaden przepływ genów między symbiontami jelitowymi trzmieli i pszczół. Jednak w obrębie typu żywiciela ( Apis lub Bombus ) naukowcy wykryli dowody na poziomy transfer genów między Gilliamella apicola i Snodgrassella alvi , pokazując znaczenie szerszej społeczności jelitowej w kierowaniu ewolucją poszczególnych członków. Wyniki wskazują, że na specyficzność żywiciela prawdopodobnie wpływa kilka czynników, w tym bezpośrednie interakcje bakterii z żywicielami, interakcje między drobnoustrojami a drobnoustrojami oraz społeczne przenoszenie flory jelitowej.
Wpływ antybiotyków i glifosatu
Wpływ różnych substancji na florę jelitową pszczół został zbadany jedynie wybiórczo. Prowadzone są badania nad wpływem antybiotyków i glifosatu na florę bakteryjną, a zwłaszcza na kolonizację przez Gilliamella apicola i Snodgrassella alvi .
W 2017 roku Kasie Raymann i współpracownicy badali wpływ antybiotyku tetracykliny , który jest stosowany w ulach częściowo w celu zapobiegania infekcjom bakteryjnym larw pszczół, na florę jelitową pszczół. Odkryli, że leczenie doprowadziło do zmniejszenia liczby komórek Snodgrassella alvi , podczas gdy Gilliamella apicola prawie się nie zmniejszyła. Jednak w drugim badaniu odkryli, że nastąpiła zmiana w genotypach Gilliamella apicola na korzyść opornych na antybiotyki komórek, co skutkowało zmniejszeniem różnorodności genetycznej, podczas gdy różnorodność genetyczna Snodgrassella alvi nie została naruszona. Według ich badań, narażenie na antybiotyki spowodowało również zmniejszenie przeżywalności pszczół, zarówno w ulu, jak iw eksperymentach laboratoryjnych, w których pszczoły były narażone na oportunistyczne patogeny bakteryjne.
Powszechnie przyjmuje się, że herbicyd glifosat jest nieszkodliwy dla zwierząt, w tym pszczół i innych owadów, ponieważ jego działanie ukierunkowane jest na enzym syntazę 5-enolopirogroniano-szikimowo-3-fosforanową (EPSPS), występującą jedynie w roślinach i mikroorganizmach. Jednak przy takim założeniu wpływ glifosatu na mikrobiomy zwierząt nie zostały wzięte pod uwagę, w tym mikroorganizmy kolonizujące jelita pszczół. Gen kodujący EPSPS jest obecny w prawie wszystkich zsekwencjonowanych genomach bakterii jelitowych pszczół, co sugeruje, że są one potencjalnie podatne na glifosat. Według badania opublikowanego we wrześniu 2018 r. glifosat wpływa na mikroflorę jelitową młodych pszczół miodnych poprzez hamowanie szlaku szikimowego , zwłaszcza u Snodgrassella alvi. Narażenie pszczół na glifosat zmienia zatem, przynajmniej eksperymentalnie, mikroflorę jelitową młodych robotnic pszczół miodnych, zwiększając w ten sposób również podatność pszczół na infekcje. W efekcie obserwuje się osłabienie odporności na patogeny oportunistyczne, a zwłaszcza na szkodliwy gatunek bakterii Serratia marcescens , co wiąże się ze zwiększoną śmiertelnością pszczół. Efekt ten został omówiony w prasie jako możliwa przyczyna zaburzenia ginięcia kolonii . Jednak odporność niektórych szczepów Snodgrassella alvi opisano również działanie glifosatu.
Stosować jako środek odstraszający roztocza i zwalczający infekcje
W styczniu 2020 r. opublikowano wyniki projektu badawczego, w ramach którego wykorzystano zmodyfikowaną genetycznie Snodgrassella alvi do wzmocnienia odporności immunologicznej pszczół przed inwazją roztocza Varroa destructor i indukowanymi przez niego infekcjami wirusowymi. Zespół zmodyfikował bakterie w celu wytworzenia znakowanego dwuniciowego RNA ( dsRNA ) za pośrednictwem wbudowanego plazmidu. Moduł dsRNA może być ukierunkowany na interferowanie z określonymi genami pszczół, jak również kluczowymi genami wirusów i roztoczy. W laboratorium ekspresję genów wybranego regionu można było zablokować przez co najmniej 15 dni, kiedy zmodyfikowane bakterie osiedliły się w jelitach pszczół i w sposób ciągły wyrażały dsRNA. W efekcie zmniejszono przeżywalność roztoczy Varroa na pszczołach, a także przenoszenie i infekcję wirus zdeformowanych skrzydeł został zahamowany.
Taksonomia
Systematyka zewnętrzna
Snodgrassella alvi została wyizolowana z jelit pszczoły miodnej europejskiej przez Waldana K. Kwong i Nancy A. Moran wraz z Gilliamella apicola i opisana naukowo w 2012 r. Jeszcze wcześniej oba gatunki zostały zidentyfikowane przez Vincenta G. Martinsona i współpracowników również w grupa badawcza Nancy A. Moran i tymczasowo nazwana Candidatus Snodgrassella alvi i Gilliamella apicola . Rodzaj Snodgrassella został nazwany na cześć amerykańskiego entomologa Roberta Evansa Snodgrassa , honorując go jako pioniera w badaniach fizjologii owadów na początku XX wieku, podczas gdy gatunek epitet „alvi” odnosi się do luk jelita pszczelego. Typowy szczep to wkB2 T (= NCIMB 14803 T = ATCC BAA-2449 T = NRRL B-59751 T), wyizolowany z jelita zachodniej pszczoły miodnej ( A. mellifera ) w Connecticut .
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pozycja filogenetyczna Snodgrassella alvi według Kwong 2017.
Bakterie są klasyfikowane jako Betaproteobacteria w obrębie Neisseriaceae i są spokrewnione z podobnymi bakteriami występującymi w jelitach termitów lub innych owadów. Kwong stworzył kladogram Neisseriaceae w 2017 roku na podstawie opublikowanych danych genomowych, w których umieścił Snodgrassella alvi jako gatunek siostrzany do Stenoxybacter acetivorans, gatunku występującego w jelitach termitów, i umieścił go u podstawy taksonu składającego się z rodzaje Neisseria (polifiletyczne), Eikenella, Conchiformibius, Alysiella, Simonsiella, Klingella i Bergeriella wraz z rodzajem Vitreoscilla. Podczas gdy bardziej podstawowe taksony występują głównie w otwartych siedliskach, takich jak gleba lub środowiska wodne, formy pochodne, w tym Stenoxybacter i Snodgrassella, są na ogół przyczepione do innych organizmów, głównie zwierząt.
Grupa badawcza kierowana przez chińskiego badacza Yong Li zgrupowała Vitreoscilla , Stenoxybacter i Snodgrassella w takson, który dodatkowo obejmuje gatunek Populibacter corticis , nowo opisany w artykule, z kory topoli kanadyjskiej ( Populus × euramericana ) jako gatunek siostrzany z Snodgrassella alvi .
Szczepy i specyficzność żywiciela
W obrębie gatunku bakterie są klasyfikowane według szczepów pobranych od różnych żywicieli . Zgodnie z tym, szczep wkB2 T użyty do wstępnego opisu został wyizolowany z jelita pszczoły miodnej zachodniej ( Apis mellifera ) w Connecticut. Jako wyspecjalizowany symbiont jelitowy Snodgrassella alvi ewoluował przez miliony lat wraz z pszczołami miodnymi i trzmielami (rodzaj Bombus ), u których występują bakterie.
Badania wykazały, że różne szczepy Snodgrassella alvi z pszczół miodnych na całym świecie prawie nie różnią się sekwencjami genów 16S rRNA (w regionie V4) i są prawie identyczne. W przeciwieństwie do tego istnieją różnice w genie minD ( ATPazy , która hamuje podział komórek) jednej kopii, głównie w szczepach Snodgrassella alvi z pszczół miodnych, podczas gdy trzmiele mają tylko jeden szczep Snodgrassella alvi . Porównując Snodgrassella alvi szczepów pszczół miodnych z różnymi gatunkami trzmieli, stwierdzono, że zmienność genetyczna w obrębie poszczególnych pszczół miodnych z ula jest znacznie większa niż wśród trzmieli z rodziny, przy czym różnorodność ta jest przypisywana zakładaniu rodziny pszczół przez roje robotnic , jak w przeciwieństwie do jednego trzmiela. W rezultacie jelita poszczególnych pszczół miodnych są zwykle skolonizowane (86%) przez wiele szczepów Snodgrassella alvi , podczas gdy trzmiele zawierają zwykle tylko jeden szczep (72%). Ponadto stwierdzono specyficzność żywicielską bakterii pszczoły miodnej, przy braku szczepów zarówno u pszczoły miodnej, jak i u trzmieli. W obrębie trzmieli istnieją pewne Snodgrassella alvi , które są specyficzne dla gatunku lub podrodzaju, podczas gdy inne występują u wielu gatunków z różnych podgrup. Dalsza analiza wykazała, że istnieją znacznie większe różnice w genach kodujących białka szczepów pszczół miodnych Snodgrassella alvi w przeciwieństwie do rRNA. Wyjaśnia to fakt, że zmienność loci 16S rRNA była ograniczona przez częstą rekombinację w populacjach, podczas gdy inne regiony genomu stale ewoluują i różnicują się, dostosowując się do zmieniających się warunków ekologicznych w jelitach.
Bibliografia
- Waldan K. Kwong, Nancy A. Moran: Uprawa i charakterystyka symbiontów jelitowych pszczół miodnych i trzmieli: opis Snodgrassella alvi gen. listopad, sp. nov., członek rodziny Neisseriaceae z Betaproteobacteria i Gilliamella apicola gen. listopad, sp. nov., członek rodziny Orbaceae. lis., Orbales ord. nov., takson siostrzany do rzędu „Enterobacteriales” Gammaproteobacteria. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, tom. 63, 6, 5 października 2012 r., do : 10.1099/IJS.0.044875-0 .
Linki zewnętrzne
- Rodzaj Snodgrassella na liście nazw prokariotycznych ze statusem w nomenklaturze (LPSN)
- Snodgrassella alvi , opis szczepu typu w bazie danych DSMZ