ИСТИНА

Согласно «Хологеномной теории эволюции» единицей отбора целесообразно считать не отдельный макроорганизм, а холобионт (Margulis, Fester, 1991), т. е. макроорганизм и ассоциированных с ним микроорганизмов (Rosenberg et al., 2007, 2009; Bordenstein, Theis, 2015). В связи с этим в последние годы растет интерес к изучению механизмов, лежащих в основе сложных взаимоотношений между хозяином и его микробиомом. Исследователи накопили уже немало примеров, в которых микроорганизмы оказывают существенное влияние на развитие, физиологию, адаптацию к условиям среды, поведение и эволюцию своих хозяев, макроорганизмов, (Rozenberg et al., 2007; Zilber-Rosenberg, Rosenberg, 2008; Lee, Brey, 2013; Яковлева и др., 2022). Среди них кораллы, насекомые и другие членистоногие, не говоря уже о млекопитающих с разнообразной микробиотой, обитающей у них (нас) в желудочно-кишечном тракте. Одним из удобных объектов для изучения взаимоотношений между макро- и микроорганизмами стала плодовая мушка Drosophila melanogaster, излюбленный модельный объект биологов из разных областей. Ее микробиом, с одной стороны, сравнительно прост, с другой – функционально схож с более сложными микробиомами млекопитающих, в том числе человека (Erkosar et al., 2013; Hoang et al., 2015; Trinder et al., 2017). Однако большинство исследований в данной области сконцентрировано на кишечных бактериях дрозофил (Brummel et al., 2004; Wong et al., 2014, 2016), а симбиотическим дрожжам уделяется значительно меньшее внимание. Между тем дрожжи – важный компонент симбиотического микробиома дрозофил: они являются важной частью рациона личинок и имаго, оказывают влияние на выживание, рост и развитие личинок, массу тела, плодовитость и продолжительность жизни имаго, работу иммунной системы и поведение дрозофил (Starmer et al., 1986; Hoang et al., 2015; Stamps et al., 2012). Нами ранее было показано, что дрожжи вносят существенный вклад в адаптацию дрозофил к неблагоприятным кормовым субстратам с повышенной концентрацией NaCl. Известно, что для дрозофил концентрация NaCl в корме превышающая 2–3%, является негативным фактором, замедляющим развитие и повышающим смертность (Te Velde et al., 1988). В ходе ряда эволюционных экспериментов было показано, что дрозофилы способны за несколько десятков поколений адаптироваться к концентрациям соли до 6-8% (Te Velde et al., 1988). Традиционно считалось, что наблюдаемая в таких экспериментах адаптация является результатом изменений в генофонде лабораторной популяции дрозофил. Однако нами было показано, что немалый вклад вносят дрожжи. Наибольший положительный эффект на адаптацию мушек к соленому корму оказывают дрожжи Starmerella bacillaris, которые обнаруживаются на стадии адаптации мушек к соленому корму, но отсутствуют на контрольных и уже адаптировавшихся к соли линиях (Dmitrieva et al., 2019; Дмитриева и др., 2022). Адаптация дрозофил к соленому корму – удобная и часто используемая модель для эволюционных экспериментов, которая в то же время является несколько искусственной, потому что дрозофилы не живут на субстратах с повышенной соленостью. Впрочем, среди двукрылых есть виды, личинки которых развиваются в прибрежной зоне морей и океанов – специализированные обитатели соленых субстратов. Например, личинки многих видов мух из семейств Anthomyiidae, Coelopidae, Heterocheilidae, Helcomyzidae развиваются в прибрежной зоне морей и океанов в выброшенных на берег водорослях (Dobson, 1976), а водные личинки некоторых видов семейства Ephydridae питаются детритом на дне водоемов с крайне высокой соленостью, таких как озеро Моно в Калифорнии, где большинство других водных животных не выживает (Herbst, 1988, 2001). Экспериментальные данные о вкладе дрожжевого микробиома в адаптацию лабораторных линий дрозофил к соленому корму позволяют предположить, что и у настоящих солелюбивых (или солевыносливых) двукрылых адаптация к субстратам с высокой соленостью может быть связана с теми или иными видами симбиотических дрожжей, переносимых в кишечнике или на поверхности тела. Проверка этого предположения затрудняется тем, что о симбиотических дрожжах таких двукрылых практически ничего не известно. Несколько лет назад нами были опубликованы данные о количественном и качественном составе дрожжевых сообществ, ассоциированных с имаго двух видов солевыносливых двукрылых с побережья Белого моря: Paracoenia fumosa (сем. Ephydridae) и Fucellia fucorum (сем. Anthomyiidae) (Максимова и др., 2020). Известно, что дрожжи являются важным источником пищи и биологически активных веществ для личинок многих насекомых, поэтому в настоящей работе мы предприняли попытку сравнить дрожжевое население не только имаго, но и личинок значительно большего количества видов мух из различных семейств, обитающих на соленых субстратах Белого моря. Нам удалось изучить дрожжи, ассоциированные с мухами из сем. Ephydridae (личинки и куколки 2 видов и имаго 6 видов), cем. Anthomyiidae (имаго вида Fucellia fucorum), Сем. Syrphidae (личинки вида Eristalinus sepulchralis), cем. Sepsidae (личинки вида Themira putris), Сем. Sphaeroceridae (имаго 2 видов), cем. Calliphoridae (личинки 1 вида), cем. Tabanidae (личинки вида из рода Tabanus), cем. Dolichopadidae (имаго 1 вида). Микробиота поверхности тела и кишечника изучалась отдельно, также дрожжи с мух были сопоставлены с дрожжевым сообществом субстратов, на которых они обитают. Мы выяснили, что дрожжевое сообщество насекомых не тождественно дрожжевому сообществу их субстратов; дрожжевой микробиом разных стадий развития мух может существенно отличаться; в дрожжевом сообществе мух есть как случайная компонента, так и виды, обнаружение которых воспроизводится регулярно. Собранные данные показывают, что зависимость мух от дрожжей и роль дрожжей в питании хозяина для разных видом существенно различается. Так личинки и куколки эфидриды вида Paracoenia fumosa характеризуются скудным дрожжевым сообществом, аналогично обстоит ситуация с личинками мух из cем. Tabanidae и Syrphidae. Напротив, кишечник как личинок, так и имаго эфидрид вида Ephydra riparia наполнен различными дрожжами, что говорит о важности дрожжей в питании этого вида. Причем у личинок часто встречаются представители родов Cystofilobasidium, Debaryomyces, Leucosporidium, Rhodotorula и Vishniacozyma, а для имаго характерны дрожжи Aureobasidium pullulans, Vishniacozyma tephrensis и Vishniacozyma victoriae. Работа выполнена при поддержке РНФ (проект №22-24-00156) 1. Дмитриева А. С., Яковлева Е. Ю., Максимова И. А., Белов А.А., Марков А.В. Изменения комплекса симбиотических дрожжей Drosophila melanogaster при адаптации мух к субстратам с повышенным содержанием NaCl // Журнал общей биологии. 2022. Т. 83. № 1. С. 29–37. 2. Максимова И.А., Качалкин А.В., Яковлева Е.Ю., Кривошеина М.Г., Марков А.В. Дрожжевые сообщества, ассоциированные с двукрылыми насекомыми литорали Белого моря // Микробиология. 2020. Т. 89. № 2, С. 214-221 3. Яковлева Е. Ю., Мерзликин Д. С., Завьялов А. Е., Маслов А.А., Миронова Е.А., Марков А.В. Вклад генов и симбиотической микробиоты в увеличение продолжительности жизни мух Drosophila melanogaster, отбираемых на позднее размножение // Журнал общей биологии. 2022. Т. 83. № 4. С. 268–287. 4. Bordenstein S.R., Theis K.R. Host biology in light of the microbiota: ten principles of holobionts and hologenomes. // PLoS Biol. 2015. V. 13. № 8. e1002226. 5. Brummel T., Ching A., Seroude L., Simon A.F., Benzer S. Drosophila lifespan enhancement by exogenous bacteria. // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2004. V. 101. P. 12974–12979. 6. Erkosar B, Storelli G, Defaye A, Leulier F. Host-intestinal microbiota mutualism: «learning on the fly». // Cell Host Microbe. 2013. V. 13. P. 8–14. 7. Dmitrieva A.S., Ivnitsky S.B., Maksimova I.A., Panchenko P.L., Kachalkin A.V., Markov A.V. Yeasts affect tolerance of Drosophila melanogaster to food substrate with high NaCl concentration // PLoS ONE. 2019. V. 14. № 11: e0224811 8. Dobson T. Seaweed flies (Diptera: Coelopidae, etc.) / L. Cheng (ed.). Marine Insects. Amsterdam – Oxford: North Holland Publishing Company; NY: Elsevier. 1976. 9. Herbst D.B. Comparative population ecology of Ephydra hians Say (Diptera: Epbydridae) at Mono Lake (California) and Abert Lake (Oregon) // Hydrobiologia. 1988. 158: 145 -166. 10. Herbst D.B. Gradients of salinity stress, environmental stability and water chemistry as a templet for defining habitat types and physiological strategies in inland salt waters // Hydrobiologia. 2001. V. 466. P. 209-219. 11. Hoang D., Kopp A., Chandler J.A. Interactions between Drosophila and its natural yeast symbionts — Is Saccharomyces cerevisiae a good model for studying the fly-yeast relationship? // PeerJ. 2015; 3:e1116. 12. Lee W.-J., Brey P.T. How Microbiomes Influence Metazoan Development:Insights from History and Drosophila Modeling of Gut-Microbe Interactions // Annual Review of Cell and Developmental Biology. 2013. V. 29. P. 571-592. 13. Margulis L., Fester R. Symbiosis as a Source of evolutionary innovation: speciation and morphogenesis. Boston: MIT Press; 1991. 14. Broderick N.A., Lemaitre B. (2012) Gut-associated microbes of Drosophila melanogaster, Gut Microbes, 3:4, 307-321, DOI: 10.4161/gmic.19896 15. Rosenberg E, Koren O, Reshef L, Efrony R, Zilber-Rosenberg I. The role of microorganisms in coral health, disease and evolution. // Nat. Rev. Microbiol. 2007. V. 5. № 5. P. 355–362. 16. Rosenberg E., Sharon G., Zilber-Rosenberg I. The hologenome theory of evolution contains Lamarckian aspects within a Darwinian framework. // Envir. Microbiol. 2009. V. 11 № 12. P. 2959–2962. 17. Stamps J.A., Yang L.H.., Morales V.M., Boundy-Mills K.L. Drosophila regulate yeast density and increase yeast community similarity in a natural substrate. // PLoS One. 2012; 7(7):e42238. 18. Starmer W.T., Barker J.S.F., Phaff H.J., Fogleman J.C. Adaptations of Drosophila and Yeasts: their Interactions with the Volatile 2-propanol in the Cactus–Microorganism–Drosophila Model System. // Aust. J. Biol. Sci. 1986. V. 39. P. 69–77. 19. Te Velde J.H.., Molthoff C.F.M., Scharloo W. The function of anal papillae in salt adaptation of Drosophila melanogaster larvae. // J. Evol. Biol. 1988. V. 2. P. 139-153. 20. Trinder M., Daisley B.A., Dube J.S., Reid G. Drosophila melanogaster as a High-Throughput Model for Host–Microbiota Interactions // Frontiers in Microbiology. 2017. V. 8. Article 751. 21. Zilber-Rosenberg I., Rosenberg E. Role of microorganisms in the evolution of animals and plants: the hologenome theory of evolution. // FEMS Microbiol. Rev. 2008;32:723–735. 22. Wong AC-N, Dobson AJ, Douglas AE. Gut microbiota dictates the metabolic response of Drosophila to diet. // Journal of Experimental Biology. 2014. V. 217. P. 1894-1901. 23. Wong A.C.-N., Vanhove A.S., Watnick P.I. The interplay between intestinal bacteria and host metabolism in health and disease: lessons from Drosophila melanogaster // Disease Models & Mechanisms. 2016. V. 9. P. 271-281.