I batteriofagi, o fagi in breve, sono virus che infettano i batteri e li uccidono attraverso un processo di lisi. I fagi possono uccidere i batteri sopra o all'interno di un organismo ospite multicellulare, come il polipo della medusa lunare. I fagi sono specializzati in batteri specifici e possono alterare in modo significativo la composizione batterica del microbioma di un polipo.
L’effetto dei fagi sul microbioma e, quindi, sulla forma fisica dei polipi è ancora in gran parte inesplorato. I microbiologi dell'Università di Kiel, guidati dalla professoressa Ruth Schmitz-Streit, hanno dimostrato per la prima volta in esperimenti di laboratorio che i polipi si rigenerano rapidamente dopo l'infezione da batteriofagi.
I risultati suggeriscono che la resistenza del microbioma naturale della medusa lunare ai fagi del Mar Baltico è molto pronunciata e contribuisce alla nostra conoscenza dell’effetto di questi minuscoli attori chiave, spesso trascurati, sul microbioma e, in definitiva, sulla forma fisica della medusa lunare. . I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Frontiers in Microbiology .
Nella fase di polipo, gli animali sono attaccati al fondo del mare e usano i loro tentacoli per catturare il cibo dall'acqua. Sulla superficie del loro corpo peduncolato si trovano numerosi batteri che formano il cosiddetto microbioma, che svolge un ruolo importante nella forma fisica del polipo.
In studi precedenti, i microbiologi dell'Istituto di microbiologia generale hanno già dimostrato quanto sia importante il microbioma naturale per la riproduzione vegetativa della medusa lunare e la sua difesa contro gli agenti patogeni.
Il loro attuale studio ha studiato come il microbioma sopravvive a un’infezione da batteriofagi e quali sono le conseguenze per i polipi. Negli esperimenti di laboratorio, i ricercatori hanno osservato che l'introduzione dei fagi ha portato a un cambiamento significativo nella forma corporea dei polipi, ma solo temporaneamente. Dopo la difesa dal virus, i polipi sono tornati alla loro forma normale.
"Dopo che i polipi sono stati trattati con batteriofagi specifici, i loro corpi si sono notevolmente accorciati e arrotondati e hanno perso i tentacoli. Questi sono solitamente segni di morte del polipo. Tuttavia, non abbiamo visto un solo polipo morto; al contrario, tutti i polipi si sono rigenerati completamente questa elevata resilienza ci ha sorpreso", afferma Melissa Stante, Ph.D. studentessa del gruppo di ricerca di Ruth Schmitz-Streit e prima autrice dello studio.
Le serie di test sui polipi trattati mostrano un rapido recupero del microbioma
Una spiegazione potrebbe essere che i polipi, o più precisamente il loro microbioma, si adattano rapidamente alla presenza dei fagi e sono quindi in grado di prevenire danni permanenti. Gli scienziati hanno campionato il microbioma dei polipi per un periodo di cinque giorni. Hanno scoperto che il tipo più comune di batteri, il micoplasma, inizialmente diminuiva, ma si riprendeva dopo 24 ore.
"Nei polipi delle meduse lunari del Mar Baltico, il microbioma è dominato principalmente da un batterio specifico, un batterio Mycoplasma incolto. Questo colonizzatore è stato significativamente ridotto quando sono stati somministrati fagi. Ciò ha permesso ad altri batteri di guadagnare temporaneamente il dominio.
"I fattori esatti che favoriscono la riduzione iniziale, ma anche la successiva rapida rigenerazione del micoplasma, sono ora oggetto di ulteriori ricerche", afferma la dottoressa Nancy Weiland-Bräuer. Le dinamiche nella composizione del microbioma erano sincronizzate con la deformazione dei polipi.
La conoscenza dell’interazione dinamica tra la medusa lunare, il suo microbioma e i fagi contribuisce a comprendere i cicli dei nutrienti e degli elementi marini. Allo stesso tempo, il processo svolge un ruolo essenziale nella comprensione della stabilità dell'ecosistema e costituisce un elemento fondamentale per la ricerca sulle malattie nell'ecosistema del Mar Baltico.
Inoltre, i risultati contribuiranno all’iniziativa di ricerca “Ocean Health”, che si concentra sull’impatto della salute e delle malattie nel contesto del cambiamento climatico e delle potenziali condizioni ambientali future. Oltre a lisare i batteri, i fagi possono scambiare materiale genetico con i microrganismi ospiti, aiutando il microbioma ad adattarsi alle mutevoli condizioni ambientali.
"La rapida rigenerazione della forma del polipo dopo il trattamento con fagi sembra essere correlata al recupero del microbioma naturale della medusa della luna. Ciò è una forte indicazione che la resistenza del microbioma della medusa della luna ai fagi del Mar Baltico è molto pronunciata.
"I fattori che rendono il microbioma così resistente possono anche fornire indizi importanti su come proteggere il microbioma sano negli esseri umani. Tuttavia, siamo ancora nelle fasi relativamente iniziali della ricerca di base", afferma la professoressa Dr. Ruth Schmitz-Streit, responsabile del gruppo di ricerca.
Ulteriori informazioni: Melissa Stante et al, I batteriofagi marini disturbano il microbiota associato di Aurelia aurita con un effetto recuperabile sulla morfologia dell'ospite, Frontiers in Microbiology (2024). DOI:10.3389/fmicb.2024.1356337
Informazioni sul giornale: Frontiere della microbiologia
Fornito dall'Università di Kiel
