Кишечная микробиота больших панд перестраивается в неволе

Ученые давно обсуждают, что сильнее влияет на состав кишечной микробиоты диких животных — рацион, происхождение или среда обитания. Особенно это важно для редких животных, таких как большие панды (Ailuropoda melanoleuca). Исследователи из Китая проанализировали их микробиоту, а также микробиоту красных панд (Ailurus fulgens), которые принадлежат к другому семейству, но тоже в основном едят бамбук, и гималайских медведей (Ursus thibetanus), ближайших родственников больших панд, которые при этом всеядны. Некоторые изученные животные обитали в природных условиях, а другие — в неволе, под контролем человека. Таким образом, авторы учли различные факторы, которые могли повлиять на микробиоту.

Для анализа исследователи собрали образцы фекалий диких особей из природных заповедников и животных из зоопарков и исследовательских центров, всего 73 особи. Из фекалий выделяли ДНК и секвенировали участок V4 гена 16S рРНК. Исследователи оценивали альфа- и бета-разнообразие и использовали машинное обучение для поиска микробных биомаркеров среды обитания.

Авторы показали, что среда обитания влияла на микробиоту гораздо сильнее, чем происхождение или рацион. Так, условия содержания объясняли 21,58% различий между микробными сообществами, в то время как близость происхождения видов — 12,34%, а диета — лишь 3,94%. При переходе к жизни в неволе микробные сообщества трех видов смещались в одном направлении: если у диких животных преобладал тип Proteobacteria (более 70%), то у особей из зоопарка доминировал тип Firmicutes (около 70%). Это указывает на перестройку метаболизма — от расщепления сложных растительных полисахаридов к брожению более простых углеводов.

При этом у больших панд в неволе наблюдалось снижение альфа-разнообразия — микробиом становился беднее, что может отражать потерю специализированных разрушающих целлюлозу бактерий, необходимых для переваривания бамбука. Напротив, у красных панд и гималайских медведей разнообразие микробиоты возрастало — вероятно, из-за более вариативного рациона в зоопарках (фрукты, зерновые, комбикорма). Анализ бета-разнообразия показал, что различия микробиоты у животных одного вида, обитающих в диких условиях и в зоопарках, были более значительными, чем у животных разных видов, живущих в одинаковых условиях.

У диких животных доминировали бактерии рода Pseudomonas и Burkholderia — типичные представители для растительноядных, участвующие в деградации лигнина и целлюлозы. В неволе же резко возрастали доли Streptococcus и комплекса Escherichia–Shigella, бактерий, известных как условно-патогенные и активно растущих при избытке легкоусвояемых углеводов. С помощью машинного обучения авторы выявили бактерии, которые служат биомаркерами проживания в неволи.

Авторы отмечают, что подобная перестройка может иметь негативные последствия для здоровья и выживания панд после реинтродукции. Потеря микробов, участвующих в расщеплении бамбука, и увеличение доли потребителей сахаров могут снижать их приспособленность. Чтобы сохранить «экологическую аутентичность» микробиома, исследователи предлагают адаптировать рацион панд из зоопарка — увеличивать долю свежего бамбука, ограничивать обработанные корма и рассматривать возможность микробиотной коррекции, включая трансплантацию фекальной микробиоты от диких особей.

Таким образом, работа демонстрирует, что именно условия содержания, а не диета или происхождение, являются главным фактором, определяющим структуру кишечной микробиоты у панд и медведей. Унификация микробного сообщества в неволе подчеркивает важность учета «экологической аутентичности» микробиоты при разработке программ по сохранению и возвращению редких видов в дикую природу.

МикроРНК бамбука регулируют метаболизм больших панд