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Los microbiomas de las moscas de la fruta dan forma a su evolución


La expresión «eres lo que comes» ha adquirido un nuevo significado. En un experimento en moscas de la fruta, o Drosophila melanogaster, los investigadores de la Universidad de Pensilvania descubrieron que agregar diferentes especies de microbios a los alimentos de las moscas causaba que las poblaciones divergieran genéticamente, acumulando cambios genómicos significativos en solo cinco generaciones.


por Katherine Unger Baillie, Universidad de Pennsylvania


«Nuestro trabajo sugiere que la composición de la comunidad microbiana impulsa, al menos en parte, cómo están evolucionando los organismos en los que viven», dice Paul Schmidt, biólogo de Penn y autor principal del trabajo, que aparece en la revista PNAS . «El hecho de que podamos ver este efecto en experimentos realizados en una escala de tiempo tan breve sugiere que la magnitud de los efectos de aptitud física que tienen los microbios es increíble».

A diferencia de un experimento de laboratorio, donde se controlan todos los aspectos posibles del medio ambiente, desde la genética de las moscas hasta la temperatura y la dieta, para aumentar las diferencias entre los tratamientos, este conjunto de experimentos se realizó al aire libre, en Pennovation Works en el campus de Penn. El entorno refleja más de cerca la naturaleza, sujeto al clima, los cambios estacionales , incluso la extraña araña o la mancha de suciedad que se entromete en los recintos.

El hecho de que, a pesar de las posibles influencias de estos factores externos, los investigadores todavía descubrieron que los cambios en el microbioma tienen un efecto significativo en los genomas de las poblaciones de moscas, hace que el hallazgo sea aún más convincente, dice Schmidt.

«Creo que es justo decir que conservamos tanto realismo ecológico como pudimos a costa de detectar grandes efectos», dice. «Simplemente cambiamos la abundancia relativa de estos microbios en la dieta de las moscas, y eso fue suficiente para ver un efecto».

Schmidt y su compañero postdoctoral Seth Rudman, el autor principal del artículo, aprovecharon el hecho de que las moscas tienen comunidades de microbiomas relativamente simples en comparación con otros organismos, como los humanos.

«Si realiza una encuesta de un microbioma de mamífero, muchas de las bacterias que encuentra en el intestino son desconocidas», dice Rudman. «Pero ese no es el caso con las moscas. Simplemente sucede que Drosophila tiene solo alrededor de 100 especies en su comunidad de microbiomas».

Otros beneficios de las moscas de la fruta para este tipo de estudio incluyen su corto tiempo de generación (se pueden estudiar varias generaciones en cuestión de meses) y el hecho de que se pueden criar a poblaciones extremadamente altas. En este caso, eso significó cientos de miles de moscas en cada experimento.

Los microbiomas de las moscas de la fruta dan forma a su evolución
El experimento implicó criar varias generaciones de moscas de la fruta en una serie de recintos de malla, cada una con un durazno y aproximadamente 100,000 moscas. Crédito: Seth Rudman

De trabajos anteriores, los científicos tenían la idea de que el microbioma estaba relacionado con los cambios en la aptitud de la mosca. Las moscas de las latitudes más septentrionales tienden a tener más bacterias Lactobacillus como parte de su microbioma, y ​​también viven más, tienen menos huevos y son más tolerantes al estrés. Por otro lado, las poblaciones más meridionales, que tienden a tener más de la bacteria Acetobacter, tuvieron una vida útil más corta, más huevos y fueron menos tolerantes al estrés. El trabajo en el laboratorio demostró que la exposición de las moscas a estos dos tipos de bacterias provocó estos mismos rasgos.

Pero, ¿podrían los microbios impulsar la evolución de poblaciones enteras de moscas? Para probar eso, Schmidt, Rudman y sus colegas diseñaron una configuración experimental para manipular los microbiomas de las moscas. Introdujeron un millar de moscas en cada uno de los varios recintos de malla al aire libre, de 2 metros cúbicos de tamaño y adornados con cubierta vegetal y un durazno. Variaron la comida en algunos de los recintos, completándola con Acetobacter o Lactobacillus.

Los investigadores confirmaron que la alimentación alteró los microbiomas de las moscas, aunque solo un poco. Sin embargo, eso fue suficiente para afectar sus genes. Al comparar los genomas de las moscas al comienzo del estudio con la conclusión, después de cinco generaciones, el equipo pudo distinguir cambios distintos en la frecuencia de ciertos alelos, una variante de un gen, que eran consistentes con lo que se ha visto en la naturaleza. poblaciones de moscas.

«Descubrimos que el alelo que era más común en las jaulas de solución de Lactobacillus era también el alelo que era más común en el norte, donde el Lactobacillus es más común», dice Rudman. «Y el alelo que era más común en las jaulas de Acetobacter era también el alelo que es más común en el sur, donde Acetobacter es más común».

Para los investigadores, ese hallazgo destacó la importancia de la influencia de los microbios.

«La conclusión es que los microbios impulsan la adaptación rápida», dice Schmidt.

Los autores dicen que si ese efecto se traduce en humanos y otros animales es un tema de estudio adicional, pero numerosos estudios han subrayado el potente efecto del microbioma.

En el trabajo futuro, los investigadores cambiarán el guión, probando para ver si los cambios en los perfiles genéticos de las moscas influyen en qué microbios pueden establecerse en sus microbiomas. Y también investigarán más profundamente para determinar con precisión cómo el microbioma cambiante afecta a su huésped.


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