Microbiota intestinal en el grupo de coral leopardo

El estudio muestra la composición modificada por biorritmos dietéticos

En este estudio se estudió el metabolismo de la microbiota y el hospedador en el espacio del leopardo coralino y los resultados mostraron la importancia de monitorear la microbiota en los tanques de cultivo y el sistema circulatorio en el agua de mar. Fuente: Leonard Low de Australia [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)]. El grupo de coral leopardo o trucha de coral (Plectropomus leopardus) pertenece a la familia Serranidae y se extiende desde el Pacífico occidental hasta África oriental y el Mar Rojo. Es una especie de importancia comercial y se comercializa a un precio elevado. El aumento de la demanda ha llevado al desarrollo de tecnología de acuicultura para los pastos de coral leopardo, y su alimentación y metabolismo son consideraciones importantes.

La microbiota intestinal está involucrada en muchos procesos biológicos que son beneficiosos para los huéspedes, incluidas las condiciones nutricionales y el sistema inmunológico. La composición de la microbiota cambia drásticamente en respuesta a las condiciones ambientales y biológicas. Las alteraciones en la composición de la microbiota afectan la absorción de los alimentos y la regulación del equilibrio energético del huésped, y se han descrito interacciones entre la microbiota intestinal y el huésped causadas por hábitos alimentarios en muchos animales, incluidos los peces. Además, el ciclo de nutrición y ayuno involucra tanto el metabolismo del huésped como la composición del microbioma intestinal y puede conducir a obesidad y enfermedades metabólicas.

También se ha demostrado que la microbiota intestinal cambia de acuerdo con el ritmo circadiano (el proceso interno natural que regula el ciclo sueño-vigilia se repite aproximadamente cada 24 horas) porque está relacionado con el ritmo circadiano del huésped. El conocimiento de la microbiota intestinal de los peces teleósteos (rayo) se ha ido acumulando gradualmente; sin embargo, la información sobre la dinámica y las interacciones asociadas con los peces hospedadores es limitada y parece variar según el estado y la especie.

Este artículo ha sido adaptado y resumido edición original – informes de un estudio para caracterizar la composición del microbioma intestinal del grupo de coral leopardo y para investigar la dinámica del microbioma desde el ayuno hasta las condiciones de alimentación. Luego, se evaluó la capacidad funcional de la microbiota y se comparó con los datos del transcriptoma del huésped (un conjunto de todas las moléculas de ARN en una sola célula o población celular) y del metabolito (un conjunto de moléculas químicas pequeñas que se encuentran en toda la muestra biológica). Nuestro análisis sugiere el metabolismo del huésped coral leopardo y su microbiota.

Configuración de estudio

El grupo de coral leopardo de ocho meses (cada uno con un peso de unos 60 gramos) estaba alojado en tanques de flujo continuo de 60.000 litros en el Laboratorio Yaeyama, Agencia de Investigación Pesquera, Instituto Nacional de Investigación Pesquera Seikai de Japón. La instalación fue iluminada por la luz solar durante el invierno con un fotoperiodo natural (11 L: 13 D). Los peces se mantuvieron en ayunas durante los dos primeros días del experimento y luego se alimentaron [Zeitgeber time (ZT) 2 and ZT10] hasta que los próximos dos días de prueba estén saturados.

Los peces fueron alimentados con pienso comercial para peces (Higashimaru Co., LTD; Kagoshima, Japón) que contenía> 46 por ciento de proteína,> 10 por ciento de grasa, <15 por ciento de carbohidratos, <2,5 protsenti kiudaineid,> 2,0 por ciento de calcio y> 1,0 por ciento de fósforo.

El contenido intestinal se recogió cada 4 horas, excepto por la noche los días 1 y 3. Se tomaron muestras de tres a doce peces por separado en cada punto de muestreo. Se tomaron muestras de agua de mar cada 12 horas desde fuera de la instalación (agua costera), entrada, tanque de granja y salida (ZT2 y ZT12). Se recolectaron muestras de moco de la piel de seis peces en ZT10 el día 2 (ayuno) y el día 4 (alimentación). Las muestras se recogieron y almacenaron congeladas hasta su uso para experimentos.

En la publicación original se puede encontrar información detallada sobre cultivo y muestreo de peces, extracción de ADN y construcción de bibliotecas de ADN, secuenciación y análisis de datos.

Resultados y discusión

La comunidad microbiana se estudió en condiciones de ayuno y alimentación. Las proteobacterias fueron la familia predominante durante el ayuno (Figura 1A), así como el agua de mar en los tanques de cultivo. Después de alimentarse, Firmicutes se convirtió en el refugio dominante. Dado que los peces fueron alimentados desde el día 3 en ZT2 y ZT18 y la familia dominante fue cambiada por ZT14 el día 3, tomó alrededor de 12 horas cambiar los filos dominantes.

Figura 1: (A) Composición taxonómica de microbios intestinales a nivel de asilo. (B) Composición taxonómica de microbios de clase intestinal. (C) la biodiversidad de la microbiota en cada punto de muestreo. Los cuadrados negros indican la media y las barras indican la media del error estándar. Los círculos blancos indican muestras de agua de mar costera, los triángulos blancos hacia abajo indican muestras de agua de mar de entrada, los diamantes blancos indican muestras de agua de mar de tanques de crecimiento y los triángulos blancos hacia arriba indican muestras de agua de salida. * Tenga en cuenta que el agua de mar de entrada fue purificada por UV; por lo tanto, el número de microbios fue significativamente bajo. Los ciclos de PCR de agua de mar entrantes fueron el doble que las otras muestras de agua de mar. El número de repeticiones de la secuencia de entrada de agua de mar fue de una a dos. NF, sin alimentar; F, alimentación; y ZT, hora de Zeitgeber.

Durante el ayuno, predominaron las gram-protobacterias, probablemente por ingestión de agua de mar (Figura 1B). Para compensar la deshidratación, los peces beben agua de mar. En la mayoría de los casos, las Gram-proteobacterias han dominado los vasos de cultivo; la piel y los intestinos de los peces tanto del mar como de los tanques de cultivo son ricos en gamma proteobacterias.

En nuestro estudio, las clases más dominantes en el agua de mar del sitio de crecimiento y en la mucosa de la piel fueron las protobacterias mamarias, y la proporción de Firmicutes y Actinobacteria en el agua de mar de entrada fue mayor que en otras aguas de mar. Como el agua de mar de entrada fue esterilizada por rayos ultravioleta, la composición de la microbiota parece haber cambiado. La abundancia de microbiota también fue notablemente baja debido a la esterilización. La microbiota intestinal de los peces cambió después de la alimentación (Día 3 ZT14) y la composición de la microbiota en el agua de mar del tanque de cría cambió simultáneamente, lo que sugiere que las condiciones de alimentación de los peces afectan el agua de mar del tanque.

También se examinó una microbiota mucosa de la piel (Figura 2). El contenido del intestino en ayunas está compuesto casi en su totalidad por moco; por lo tanto, la microbiota mucosa de la piel y la microbiota intestinal en ayunas fueron similares. La biodiversidad de la microbiota intestinal fue mayor después de la alimentación del día 2 en comparación con otros períodos experimentales (Figura 1C). En las muestras de agua de mar, la biodiversidad no cambió durante el experimento, mientras que la biodiversidad del moco de la piel disminuyó ligeramente durante el período de ayuno. Las condiciones alimentarias pueden afectar no solo al tracto digestivo, sino a todo el cuerpo.

Figura 2: (A) Composición taxonómica de microbios de la mucosa dérmica. (B) Composición taxonómica de los microbios del moco cutáneo a nivel de clase. (C) Biobiota de la microbiota mucosa de la piel.

Si la composición de la microbiota cambia según las condiciones nutricionales y de ayuno, también puede afectar la condición nutricional del huésped y se supone que la microbiota intestinal interactúa con el pez huésped. La alternancia en la composición de la microbiota afecta la absorción de nutrientes y la regulación del balance energético del huésped. Aunque la microbiota intestinal no osciló diariamente en nuestro estudio, nuestros resultados muestran que la composición de la microbiota de los peces cambió en dos días según las condiciones dietéticas.

La diversidad filogenética cambió según las condiciones de alimentación (Figura 1C). El índice aumentó después de F4-ZT6 (día de dieta, ZT 6), mientras que la población bacteriana aumentó después de aproximadamente 24 horas. Se ha observado una tendencia similar de diversidad filogenética en la tilapia con el estómago vacío. También se ha informado que la diversidad filogenética varía entre peces silvestres y cultivados. En comparación con el contenido intestinal, la diversidad filogenética del agua de mar fue baja. La microbiota intestinal es difícil de realizar las funciones de simbiosis.

El análisis de conglomerados jerárquico (HCA; un algoritmo que agrupa objetos similares en grupos llamados conglomerados) reveló tres conglomerados: 1) durante el ayuno alto, 2) durante la alimentación alta y 3) otros. Proteobacteria y Bacteroidetes pertenecen al grupo de ayuno, mientras que Firmicutes y Fusobacteria pertenecen al grupo de la dieta.

El análisis de correlación posterior mostró que firmicutes y fusobacteria tenían una correlación positiva, mientras que Firmicutes y Bacteroidetes tenían una correlación negativa. Se ha demostrado ampliamente que los firmicutes aumentan en condiciones de alimentación rica en grasas y que Firmicutes y Bacteroidetes tienen una correlación negativa. Aunque los mamíferos se estudiaron en estos informes, los peces han tenido una asociación similar entre Firmicutes y Bacteroidetes. Nuestro estudio anterior mostró un exceso de grasa visceral en peces de piscifactoría. Se cree que este exceso de grasa proviene del pienso; por lo tanto, se prevé que aumente el número de Firmicute.

Estudiamos la dinámica de la microbiota intestinal desde el ayuno hasta la alimentación. Se asume que las bacterias que predominan durante el ayuno provienen del agua de mar circundante. Después de la alimentación, la composición de la microbiota cambió gradualmente y alcanzó las condiciones nutricionales 12 horas después del inicio de la alimentación. Nuestro análisis identificó las siguientes bacterias clave: Firmicutes y Fusobacteria en condiciones de alimentación y Proteobacteria con el estómago vacío. Las protobacterias gamma eran la clase predominante de proteobacterias en el agua de mar circundante, que difiere del agua de mar natural. Se ha informado de que las protobacterias gamma se enriquecen en el moco, la piel y los intestinos de los peces; por lo tanto, es probable que las gentaproteobacterias en el agua de mar circundante se originen en los peces.

Además, una comparación de nuestros datos de microbioma con transcriptomas y datos metabólicos mostró que la variabilidad microbiana después de la entrada de nutrientes era más importante que el metabolismo del huésped. Finalmente, un análisis exhaustivo del metabolismo del microbioma y el huésped puede identificar factores clave para monitorear el ambiente de acuicultura y el metabolismo simbiótico durante la alimentación (Figura 3).

Figura 3: Descripción general de este estudio y modelo propuesto para monitorear el ambiente de la acuicultura y el metabolismo simbiótico durante la alimentación y el tiempo a través de análisis en profundidad del microbioma, el metabolismo del hospedador y el transcriptoma del hospedador.

Perspectivas

Los resultados de nuestro estudio mostraron que la composición de la microbiota cambió en respuesta a las condiciones nutricionales y de ayuno y puede afectar el control nutricional y el equilibrio energético. El ciclo de nutrición y ayuno involucra el metabolismo del huésped y está asociado con obesidad y enfermedades metabólicas. En este estudio, la composición de la microbiota de los peces cambió drásticamente dentro de los dos días posteriores a los ciclos de alimentación y ayuno. Dado que la microbiota intestinal afecta el metabolismo del pez huésped, el esclarecimiento de la relación entre la microbiota intestinal y el pez huésped puede ser crucial para la producción exitosa y eficiente de peces de cultivo.

La microbiota de un pez puede indicar el estado del metabolismo y del sistema inmunológico del pez. El agua de mar ambiental afecta directamente las condiciones de pesca; por lo tanto, monitorear la microbiota del agua de mar circundante también es importante para mantener la salud de los peces. El control de la microbiota es un enfoque para asegurar una acuicultura exitosa.

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