The Effects of Host Genotype and Maternal Transmission on the Gut Microbiome of Wild Wood Mice (Apodemus sylvaticus) : Viewed Through the Lens of Ecological Theories
Year: 2019
Type: article
Abstract: Nisäkkäiden suolistomikrobiomilla on monia tärkeitä rooleja isännässä, joihin kuuluvat patogeenien kolonisaation estäminen, suoliston homeostaasin ylläpitäminen, ravinteiden sulattaminen ja jopa isännän käyttäytymiseen vaikuttaminen. Nisäkkäiden suolistomikrobiomin koostumus vaihtelee suuresti yksilöiden ja lajien välillä, sekä ajan kuluessa. Kun nisäkäs syntyy, se saa ensimmäisen, enimmäkseen anaerobisen, suolistomikrobiominsa maternaalitransmission kautta äidiltä synnytyksessä. Bakteerien ensimmäisen transmission jälkeen isännän genotyypistä, erityisesti immuniteettiin liittyvistä geeneistä, tulee tärkeä tekijä, joka auttaa määrittämään, mitkä lajit menestyvät suolistossa. Aikuistuessaan yksilön ikä, sukupuoli, ruokavalio, taudit ja fyysinen kontakti alkavat myös vaikuttaa mikrobiyhteisön koostumukseen. Koska mikrobiomiyhteisö on verrattavissa suurempikokoisiin ekologisiin yhteisöihin, sen rakennetta voidaan selittää ekologisten teorioiden avulla. Esimerkiksi community assembly- teoria voi auttaa erottamaan bakteerien maternaalitransmission vaikutuksia isännän genotyypin vaikutuksista. Community assembly-teorian mukaan lajit, jotka kolonisoivat alueen ensimmäisenä vaikuttavat yhteisön lopulliseen rakenteeseen, kuten maternaalitransmission kautta suolistoon saapuvat bakteerit. Tätä varhaista kolonisaatiota korostavaa teoriaa kutsutaan myös nimellä ”priority effect”. Metacommunity-teorian mukaan taas ekosysteemit koostuvat erilaisista laikuista, jotka lisäävät diversiteettiä ja voivat auttaa kuvaamaan mikrobiomin koostumusta aikuisiällä. Tässä pro gradussa käytän community assembly- ja metacommunity-teoriaa selittämään villien pikkumetsähiirten (Apodemus sylvaticus) suolistomikrobiomin koostumusta. Tutkin erityisesti sitä, vaikuttavatko äidiltä saadut bakteerit vai isännän genotyypin luoma ympäristö (suolisto) enemmän suolistomikrobiomin koostumukseen. Tutkimuskysymykseni ovat: Kuinka suuri osa pikkumetsähiirten suolistomikrobiomin koostumuksesta määräytyy isännän genotyypin mukaan? Vaikuttavatko äidit enemmän kuin isät jälkeläisten suolistomikrobiomiin bakteerien maternaalitransmission kautta? Lähdin vastaamaan tutkimuskysymyksiini keräämällä hiiriltä kudos- ja ulostenäytteitä Wytham Woodsin tutkimusalueelta Oxfordista, Iso-Britanniasta. Wythamista kerätyn aineiston lisäksi minulla oli käytössä vastaavanlainen aineisto toisesta hiiripopulaatiosta Silwood Parkista, Lontoosta. Suoritin DNA eristykset ja rakensin hiirille sukupuun Helsingin yliopiston MES-laboratoriossa alkuvuodesta 2018. Toinen ohjaajani sekvensoi mikrobien DNA:n Lontoossa Royal Veterinary Collegessa samoihin aikoihin. Suolismikrobiomin samankaltaisuutta verrattiin isäntäparien sukulaisuussuhteeseen Mantel-testillä ja ANOVA-testiä käytettiin vertaamaan lineaarisia malleja, joissa oli kontrollitekijöinä myös metadataa (vertasin äiti-poikas-, isä-poikas- ja täyssisarusparien mikrobiomin samankaltaisuutta). Mantel-testin mukaan sukulaisilla oli samankaltaisempi mikrobiomikoostumus kuin ei-sukulaisilla, mutta tulos oli merkitsevä vain Wythamin populaatiossa. Molemmissa populaatiossa mikrobiomin samankaltaisuuteen vaikutti merkitsevästi myös ikä ja hiirten reviirien läheisyys. Yleisesti tulokset näyttivät, että äiti-poikas- ja täyssisaruspareilla oli enemmän samankaltainen mikrobiomi, kuin ei-sukulaisilla (vaikka tämä vaikutus oli merkitsevä vain Wythamissa) ja isä-poikaspareilla oli erilaisempi mikrobiomi, kuin kaikilla muilla pareilla (vaikka tämä vaikutus oli merkitsevä vain Silwoodissa). Kun aineistot yhdistettiin, hiirillä oli merkitsevästi samankaltaisempi mikrobiomi äitinsä, kuin isänsä kanssa. Äiti-poikas- ja täyssisarusparien samankaltaisuus voidaan selittää maternaalitransmission ja synnytyksen jälkeisen fyysisen kontaktin avulla. Koska isän vaikutus poikaseen on puhtaasti geneettinen, ero voisi selittyä eri iän ja fyysisen kontaktin puutteen avulla. Vaihtoehtoisesti on mahdollista, että naaraat valitsevat tietoisesti parittelukumppanin, jolla on erilainen immunogenotyyppi ja siten erilainen mikrobiomi kuin sattumanvaraisesti olisi odotettavissa. Tulosteni perusteella bakteerien maternaalitransmissio synnytyksen aikana ja pian sen jälkeen ovat keskeinen mikrobiomin koostumusta määrittävä tekijä ja se mahdollisesti selittää myös aiemmissa tutkimuksissa havaittua geneettistä vaikutusta.
Source: Työväentutkimus Vuosikirja
Author: Tanya Troitsky
Language: English
Topic: Gut microbiota and health
Subfield: Molecular Biology
Domain: Life Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W2967073125