珊瑚礁是錯(cuò)綜復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，物種之間有著復(fù)雜的關(guān)系，每個(gè)生物——從微小的細(xì)菌到巨大的蛤蜊——在維持珊瑚礁的健康方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

我們的新研究揭示了珊瑚礁的另一層復(fù)雜性。

(資料圖片)

我們發(fā)現(xiàn)珊瑚組織內(nèi)存在兩種細(xì)菌的簇，奇怪的是，其中包括引起衣原體的細(xì)菌的近親。

這些發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的新發(fā)現(xiàn)表明，這些細(xì)菌可能與珊瑚宿主和彼此相互作用。需要進(jìn)一步的工作來(lái)了解這些相互作用對(duì)珊瑚是有益還是有害。

珊瑚微生物組

就像人類一樣，珊瑚具有多種細(xì)菌微生物組，與它們的健康密切相關(guān)。因此，了解珊瑚和細(xì)菌之間的復(fù)雜關(guān)系對(duì)于理解珊瑚的功能至關(guān)重要。

細(xì)菌可以幫助珊瑚進(jìn)行多種生物過(guò)程，如氮或硫的移動(dòng)和加工，或生產(chǎn)保護(hù)珊瑚免受病原體侵害的抗菌化合物。雖然這些細(xì)菌中的大多數(shù)生活在覆蓋珊瑚表面的粘液層中，但一些細(xì)菌發(fā)生在珊瑚組織內(nèi)。

為了了解更多信息，從位于湯斯維爾的澳大利亞海洋科學(xué)研究所對(duì)大堡礁珊瑚物種Pocillopora acuta進(jìn)行的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)中采集了樣本。這些樣本被運(yùn)往我們?cè)谀珷柋敬髮W(xué)的實(shí)驗(yàn)室，以研究難以捉摸的組織相關(guān)細(xì)菌。

大海撈針中的發(fā)光針

第一個(gè)挑戰(zhàn)是觀察細(xì)菌——它們非常小。

為此，我們使用了稱為“熒光原位雜交”的技術(shù)。從本質(zhì)上講，我們?cè)谏汉髦刑砑訜晒馓结?，與細(xì)菌特異性結(jié)合。當(dāng)被激光束激發(fā)時(shí)，這些探針(以及細(xì)菌)會(huì)發(fā)光。

我們發(fā)現(xiàn)細(xì)菌在珊瑚的觸角中形成了大簇。為什么在觸手里?我們真的不知道，但我們認(rèn)為這可能與營(yíng)養(yǎng)或防御有關(guān)，因?yàn)橛|手參與捕捉獵物和驅(qū)趕捕食者。

在發(fā)現(xiàn)這些細(xì)菌簇后，我們想知道它們是什么細(xì)菌。通常，為了識(shí)別珊瑚的細(xì)菌微生物組，珊瑚樣本被壓縮，所有細(xì)菌的DNA被測(cè)序并與其他已知細(xì)菌的DNA進(jìn)行比較。

然而，我們只對(duì)觸手簇中的細(xì)菌感興趣，所以這種技術(shù)不起作用，因?yàn)樗粫?huì)區(qū)分組織中的細(xì)菌、粘液、腸道、骨骼等。

相反，我們使用了一種稱為“激光捕獲顯微切割”的技術(shù)來(lái)精確切割出非常小的組織部分，例如細(xì)菌形成的簇。通過(guò)這種技術(shù)，我們可以專門(mén)對(duì)組織相關(guān)細(xì)菌進(jìn)行采樣并對(duì)其DNA進(jìn)行測(cè)序以識(shí)別它們并了解它們的功能。

珊瑚會(huì)得衣原體嗎?

我們?cè)谏汉饔|手的聚集體中發(fā)現(xiàn)了兩種類型的細(xì)菌。

一種是衣原體的成員，衣原體是一種細(xì)菌目，含有導(dǎo)致哺乳動(dòng)物衣原體感染的病原體。這是一個(gè)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樯汉髦袕奈磮?bào)告過(guò)衣原體感染。

眾所周知，衣原體以三磷酸腺苷的形式從宿主那里竊取能量(稱為ATP，這是細(xì)胞中能量轉(zhuǎn)移的主要來(lái)源)。這種能量寄生是這些細(xì)菌在哺乳動(dòng)物(如人類和考拉)中引起的疾病的基礎(chǔ)。

我們與奧地利維也納大學(xué)的衣原體專家Astrid Collingro博士和Matthias Horn教授合作，表明這種細(xì)菌依賴于珊瑚提供的營(yíng)養(yǎng)和能量來(lái)生存。

此外，該物種也有可能從其他珊瑚相關(guān)細(xì)菌中獲得營(yíng)養(yǎng)和能量 - 這是我們以前從未見(jiàn)過(guò)的。

對(duì)于我們這些努力了解珊瑚生物學(xué)的人來(lái)說(shuō)，生活在珊瑚組織內(nèi)的細(xì)菌相互作用的可能性非常令人興奮。

雖然這些新型衣原體與哺乳動(dòng)物病原體有許多相似之處，但它們是否對(duì)珊瑚有害或有益，將在今年晚些時(shí)候Maire博士訪問(wèn)維也納大學(xué)期間進(jìn)行檢查。

邁向基于微生物組的保護(hù)方法

珊瑚組織中存在的其他細(xì)菌屬于內(nèi)生動(dòng)物單胞菌屬。已知這些細(xì)菌廣泛存在于珊瑚中，通常被認(rèn)為是有益的。

在我們的研究中，我們發(fā)現(xiàn)內(nèi)生動(dòng)物單胞菌可以產(chǎn)生幾種B族維生素和抗菌化合物，證實(shí)了它有可能為其珊瑚宿主提供益處，因?yàn)樯汉鞅旧頍o(wú)法產(chǎn)生某些B族維生素。

珊瑚受到一系列因素的威脅，包括氣候變化。事實(shí)上，據(jù)估計(jì)，如果沒(méi)有重大干預(yù)措施，到2035年，大多數(shù)珊瑚礁將消失。拯救這些珊瑚礁將需要新的珊瑚保護(hù)和恢復(fù)方法。

一種潛在的解決方案涉及益生菌。就像我們吃富含益生菌的酸奶來(lái)改善我們的腸道健康一樣，用有益細(xì)菌接種珊瑚可以提高它們對(duì)高溫的抵抗力。

但在實(shí)施這些基于微生物組的解決方案之前，我們需要準(zhǔn)確了解珊瑚相關(guān)細(xì)菌的功能。

像我們這樣的研究開(kāi)始揭示珊瑚和細(xì)菌如何相互作用，以及珊瑚益生菌是否是保護(hù)這些重要而美麗的生態(tài)系統(tǒng)的一種選擇。