ספוגים והמיקרוביום שלהם: אינטראקציה במשך מיליוני שנים

במשך מספר שנים, עדויות מתגברות הראו שהמיקרוביום – מכלול כל המיקרואורגניזמים המאכלסים יצור חי – מקיים אינטראקציה עם המארח שלו בדרכים שונות ויכול להשפיע על תהליכי חיים מרכזיים. ספוגים, המדורגים בין צורות החיים הרב-תאיות העתיקות ביותר על פני כדור הארץ, מארחים גם כן מערך מגוון של קהילות מיקרוביאליות. מחקר חדש בראשות פרופסור עוזר סרג'יו ורגס ופרופסור גרט וורהיידה מהמחלקה למדעי כדור הארץ והסביבה ומהמרכז הגיאוביו של ה-LMU גילו כעת מנגנונים מולקולריים במודל האורגניזם Lendenfeldia chondrodes שבאמצעותם הספוגים מגיבים באופן אקטיבי לשינויים שלהם. מיקרוביום. החוקרים רואים בממצאיהם אינדיקציה למקורות אבולוציוניים עמוקים לאינטראקציה פילוגנטית בין מיקרוביום למארח.

ספוגים הם אורגניזמים בעלי מבנה פשוט מאוד, שבמהלך האבולוציה התפצלו משאר ממלכת החיות לפני יותר מ-600 מיליון שנה. לספוגים יש חלבונים המעורבים בוויסות אינטראקציות בין ספוג למיקרוביום, ונראה שאלו אחראים ליכולת של הספוגים לשנות את המורפולוגיה שלהם בתגובה לשינויים במיקרוביום. "זה מצביע על כך שהיכולת של הספוגים לקיים אינטראקציה עם המיקרוביום הייתה התפתחות מוקדמת אבולוציונית", אומר ורגאס. "עם זאת, עדיין לא היה מספיק מחקר על המנגנונים המולקולריים הבסיסיים." בהתמקדות בספוג ה-Lendenfeldia chondrodes, המוחזק לעתים קרובות באקווריומים, החוקרים חקרו כעת האם וכיצד שינויים בהרכב המיקרוביום משפיעים על פעילות הגנים של הספוג.

מיקרוביום פגום גורם לשינויים בספוג

Lendenfeldia chondrodes הוא מין ספוג בעל מיקרוביום הנשלט על ידי ציאנובקטריה פוטוסינתטית. הוא משיג מזון על ידי סינון מיקרואורגניזמים מהמים, אך הוא גם מסופק עם תרכובות פחמן על ידי הסימביונטים שלו. הספוגים מגיבים לאובדן של ציאנובקטריה – עקב הצללה, למשל – עם שינויים משמעותיים במורפולוגיה שלהם: במחקר הנוכחי, תחילה ספוגים כחולים עם צורות צמיחה של עלים (דמויות עלים) שהועברו למורפוטיפים לבנים דמויי חוט עם מיקרואנטומיה שונה באופן ניכר.

יישום שיטות טרנסקריפטומיות אפשרה למדענים להוכיח לראשונה ששינויים אלו מלווים בשינויים נרחבים בוויסות הגנים. "צפינו בשינויים בפעילות הגנים המעורבים הן בתגובה חיסונית והן בהתפתחות", מציין ורגאס. "זה מצביע על כך שספוגים יכולים לתפוס שינויים במיקרוביום שלהם ולהגיב אליהם באופן פעיל באמצעות תהליכי פיתוח." החוקרים חושדים שספוגים מוצלים משנים את חילוף החומרים שלהם כדי לפצות על העובדה שהם מקבלים פחות תרכובות פחמן מהסימביונטים שלהם. "הממצאים שלנו מדגישים את חשיבות המיקרוביום לתזונה ולהתפתחות של בעלי חיים באופן כללי ומצביעים על היסטוריה אבולוציונית עמוקה המשותפת לבעלי חיים ולשותפים החיידקיים שלהם", אומר ורגאס.