В микробиоте кишечника диких медведей преобладают потенциальные патогены

Усилия по восстановлению численности черного медведя, или барибала (Ursus americanus), увенчались успехом в некоторых регионах, например, в Северной Каролине. В связи с чем учащаются их контакты с человеком и антропогенной средой — медведи едят посевы, жители сельских районов и охотники отстреливают медведей. Изучение микробиома кишечника медведей важно для отслеживания их здоровья и изучения влияния человека на медведей. Исследователи из США занялись этой проблемой. Они привлекали студентов, обучающихся на продвинутом курсе по экологии кишечной микробиоты в Университете штата Северная Каролина. В их выборку вошли 48 медведей, легально убитых охотниками в Северной Каролине.

Анализируя стабильные изотопы углерода (δ¹³C) и азота (δ¹⁵N) в, например, шерсти животных, можно получить представление об их диете. Так, кукуруза использует C4-фотосинтетический путь, а большая часть кормовых растений медведей используют C3-путь. То есть, анализируя δ¹³C, можно понять, сколько кукурузы входило в рацион медведя. Аналогично, более высокое значение δ¹⁵N может свидетельствовать о том, что у медведя в рационе больше животной пищи или продуктов с высоким содержанием азота, таких как арахис.

Большую часть диеты медведей составляют растения, но они поедают и насекомых, и других животных (домашних кур, рыбу). Их кишечник просто устроен, что характерно скорее для хищников. Из-за этого микробиом тонкого кишечника значимо не отличается от микробиома толстого кишечника.

Самцы черных медведей обычно передвигаются на большие расстояния и могут встретить больше антропогенной пищи, но это не доказано. Однако известно, что потребление кукурузы, выпечки, пончиков и кормов для собак повышает δ¹³C и снижает альфа-разнообразие у черных медведей.

В новом исследовании было показано, что изотопный состав в шерсти медведей был характерным для всеядных животных и не отличался у самцов и самок. Изотопный состав отражал диету, богатую кукурузой, но не арахисом.

Во всех изученных отделах кишечника преобладали бактерии типа Firmicutes и Proteobacteria, у самцов было больше Proteobacteria (17,2%) чем у самок (13,6%). Известно, что Proteobacteria участвуют в переваривании белков и углеводов у собак и могут играть важную роль в поддержании всеядности черных медведей. Fusobacteria встречались только у самок, а Acidobacteria — у самцов. У самок было больше Bacteroidota.

На уроне семейств чаще всего встречались Clostridiaceae, Enterobacteriaceae, Peptostreptococcaceae и Streptococcaceae. Наиболее доминирующим было семейство Clostridiaceae (составляет 39,8% бактерий в толстой кишке и 32% в тощей кишке), в первую очередь благодаря преобладанию Clostridium sensu stricto 1. Бактерии Escherichia-Shigella также доминировали, в большей степени в тощей кишке (17,5%), чем в толстой (13,0%).

В тощей кишке была выявлена большая разница между полами для Clostridium sensu stricto 1 (32,3% у самок, 18,8% у самцов) и Streptococcus (18,9% у самцов, 5,5% у самок). В толстой кишке у самок и самцов наблюдался схожий уровень Clostridium sensu stricto 1, но разница отмечалась в количестве Turicibacter (6,8% у самцов, 1,9% у самок). Для Escherichia-Shigella разницы не было.

Авторы определили 15 наиболее представленных метаболических путей во всех образцах. Среди них — окислительное фосфорилирование, метаболизм пуринов, метаболизм пиримидинов, взаимодействие нейроактивных лигандов с рецепторами, метаболизм метана, метаболизм крахмала и сахарозы. Образцы толстой кишки демонстрируют большее функциональное разнообразие по сравнению с образцами тощей кишки.

Отсутствие существенных различий в микробном разнообразии между отделами кишечника может объясняться простой морфологией кишечника медведей. Тем не менее, существуют функциональные различия.

Многие из выявленных в этом исследовании таксонов оказались потенциальными патогенами, для некоторых из них была показана устойчивость к антибиотикам. Ранее была показана связь Escherichia-Shigella, Clostridium sensu-stricto 1 и Weissella с инфекциями у кур.

«Еще одним сюрпризом стало то, что наиболее распространенным родом микроорганизмов во всех образцах оказался микроб, известный своей связью с инфекциями и ожирением у людей. Многие люди считают ожирение чем-то плохим, но микроорганизмы, способствующие ожирению, полезны для медведей, которые хотят накопить как можно больше жира, чтобы пережить зиму», — сказала Эрин Маккенни, ведущий автор статьи и доцент кафедры прикладной экологии в Университете штата Северная Каролина.

Микробиом кишечника помогает медведям адаптироваться к различным диетам