مدفوع شیر گونه‌های میکروبی ناشناخته‌ای را تولید می‌کند که تنوع پنهان گربه‌های بزرگ آفریقا را آشکار می‌کند.

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

دانشمندان اطلاعات زیادی در مورد نحوه شکار، زاد و ولد و زنده ماندن شیرها دارند، اما جوامع میکروسکوپی که در داخل آنها زندگی می کنند تا حد زیادی ناشناخته باقی مانده اند. اکنون، مطالعه روی شیرهای وحشی در نامیبیا شروع به تغییر این وضعیت کرده است، در حالی که نشان می دهد که هنوز چه مقدار زیست شناسی در پایگاه داده های ژنومی جهان وجود ندارد.

شیرهای آفریقایی از جمله حیواناتی هستند که از نزدیک تماشا می شوند. با این حال، زمانی که محققان Wits شروع به بررسی میکروارگانیسم‌هایی کردند که در روده شیرهای وحشی زندگی می‌کردند، آنها وارد قلمروی شگفت‌آوری ناآشنا شدند.

مطالعه ای که در Animal Microbiome منتشر شده است، اولین تجزیه و تحلیل جامع و ژنومی میکروبیوم روده شیرهای آفریقایی آزاد را ارائه کرده است.

محققان 23 نمونه مدفوع تازه از 20 شیر در پارک ملی Etosha نامیبیا را تجزیه و تحلیل کردند و 318 ژنوم باکتریایی و 102 ژنوم ویروسی را از DNA کشف کردند.

بیشتر آنها به اندازه کافی با ژنوم هایی که قبلا در پایگاه های مرجع بین المللی نگهداری می شد متفاوت بودند تا گونه های عمدتا جدیدی را نشان دهند.

برای نویسنده اصلی کارل بلگر، که کار را برای مدرک کارشناسی ارشد خود در Wits انجام داد، این کمبود دانش دقیقا چیزی بود که پروژه را جالب کرد.

او می‌گوید: «مقالات بسیار کمی قبلا میکروبیوم روده شیرها را توالی‌بندی کرده بودند. "سوال واقعا این بود: میکروبیوم روده شیرها چگونه است؟"

مطالعه میکروبیوم بخشی از تحقیقات زیست محیطی گسترده تر روی شیرهای اتوشا بود. هنگامی که حیوانات توسط دامپزشکان بی‌حرکت شدند، تیم‌های تحقیقاتی مختلف برای جمع‌آوری نمونه‌های خون، مو و سایر نمونه‌ها و بستن قلاده‌های ردیابی با هم کار کردند و اجازه دادند تا حد امکان اطلاعات از یک بی‌حرکتی جمع‌آوری شود. بلگر مسئول جمع آوری نمونه های مدفوع تازه بود.

او می‌گوید: «من در انتهای شیر بودم، باید بگویم در «انتهای تجاری»». در یک مورد، محققان در حوالی غروب خورشید روی شیر جوانی کار می کردند در حالی که اعضای غرور آن فراتر از وسایل نقلیه ایستاده بودند و تماشا می کردند.

بلگر می‌گوید یکی از چیزهایی که او را در کار میدانی بیش از همه تحت تأثیر قرار داد، همکاری بود: محققان از کشورها و رشته‌های مختلف روی حیوانات مشابهی برای جمع‌آوری انواع مختلف داده‌ها به‌جای ایجاد مزاحمت مکرر آنها را جمع‌آوری می‌کنند.

میکروبیوم مجموعه ای از میکروارگانیسم ها از جمله باکتری ها و ویروس ها است که در یک محیط خاص زندگی می کنند. آنها به فرآیندهایی مانند هضم و متابولیسم کمک می کنند و می توانند با رژیم غذایی، محیط زیست و سلامت حیوان مرتبط باشند. توالی یابی DNA مدرن امکان بررسی این جوامع را بدون رشد هر یک از باکتری ها در آزمایشگاه فراهم می کند.

اسکات هزلهرست، پروفسور، دانشمند ارشد و بیوانفورماتیک در مؤسسه علوم زیستی مولکولی سیدنی برنر (SBIMB) و نویسنده همکار این مطالعه، مشکل محاسباتی را با مقابله با یک اتاق پر از پازل مقایسه می کند.

پازل ها به طور منظم در جعبه های خود نمی رسند: برخی از قطعات گم شده اند، برخی آسیب دیده اند و برخی تکراری هستند. بیوانفورماتیک باید مشخص کند که کدام قطعات به هم تعلق دارند.

محققان تا آنجا که ممکن است DNA موجود در نمونه را توالی یابی می کنند و سپس از روش های محاسباتی برای جداسازی قطعات ژنتیکی و بازسازی ژنوم های متعلق به ارگانیسم های مختلف استفاده می کنند.

Hazelhurst می گوید: "این از نظر محاسباتی فشرده است. تجزیه و تحلیل شیر ده ها هزار ساعت CPU را شامل می شود و ده ها ترابایت داده تولید می کند."

محققان توانستند ژنوم های باکتریایی و ویروسی با کیفیت خوب را بازسازی کنند، حتی در جایی که خود موجودات قبلا هرگز در سطح گونه شناسایی نشده بودند.

این فرآیند همچنین یک مشکل اساسی را آشکار کرد: رایانه‌ها می‌توانند DNA را تنها با مقایسه آن با اطلاعات بیولوژیکی که قبلا فهرست‌بندی شده است شناسایی کنند.

بلگر با توجه به اینکه محققان از کدام پایگاه داده مرجع و روش طبقه‌بندی استفاده می‌کنند، شگفت‌زده شد. وقتی این تیم ژنوم های میکروبی بازسازی شده از شیرهای خود را به داده های مرجع اضافه کرد، طبقه بندی به شدت بهبود یافت.

افزودن ژنوم های میکروبی شیر تازه بازسازی شده به پایگاه داده مرجع، نسبت خواندن DNA طبقه بندی نشده را از 24.5٪ به 4.5٪ کاهش داد.

برای هزلهرست، این تا حدی نتیجه تحقیقات کمی در مورد میکروبیوم حیوانات وحشی است. داده‌های ژنومی و میکروبیومی انسان بسیار غنی‌تر هستند و پاسخ‌های محاسباتی را قطعی‌تر می‌کنند.

او می گوید: "من انتظار داشتم که تعداد زیادی باکتری جدید در شیرها پیدا کنم. از اینکه چقدر جدید بود شگفت زده شدم."

این مطالعه مسیرهای میکروبی مرتبط با متابولیسم پورین را پیدا کرد. پورین ها در غلظت های بالایی در گوشت و بافت حیوانی وجود دارند، که آنها را به ویژه برای حیوانات تقریبا کاملا گوشتخوار مرتبط می کند. محققان مسیرهای میکروبی تقریبا کاملی را یافتند که قادر به تجزیه پورین های آدنین و گوانین به اوره هستند.

هازلهرست می گوید: «میکروبیوتا در هر گونه ای به عنوان بخش کلیدی متابولیسم کلیدی است. اگر محققان بخواهند اکولوژی، متابولیسم و ​​سلامت شیر ​​را درک کنند، باید نقش موجودات زنده درون حیوان را نیز درک کنند.

در نهایت ممکن است برنامه های حفاظتی نیز وجود داشته باشد. تحقیقات روی تعدادی از گونه های جانوری نشان داده است که اسارت می تواند با کاهش تنوع میکروبی روده همراه باشد، اگرچه بلگر هشدار می دهد که این امر جهانی نیست. تعیین شکل ظاهری میکروبیوم ها در حیوانات واقعا وحشی چیزی را به دانشمندان می دهد که می توان تغییرات آینده را با آن مقایسه کرد.

مطالعه Etosha برای پاسخ به سؤالات مربوط به تفاوت بین غرور، نر و ماده یا مراحل مختلف زندگی یک شیر بسیار کوچک بود. هازلهرست می‌گوید مطالعات آینده می‌تواند چگونگی تغییر میکروبیوم‌ها را بین فصل‌ها، در طول بارداری یا در پاسخ به استرس محیطی بررسی کند.

بلگر در پاسخ به سوالی درباره توضیح اهمیت تحقیقات میکروبیوم در یک سخنرانی به سبک TED، مدام به همان ایده بازگشت: این هنوز یک مرز علمی جدید است.

جوامع میکروبی در میان گونه ها و محیط ها رخ می دهد. ارگانیسم های مشابهی می توانند در میزبان های مختلف وجود داشته باشند، با رژیم غذایی و محیط اطراف تعامل داشته باشند و گاهی نقش های بسیار متفاوتی ایفا کنند. بنابراین مطالعه یک گونه اطلاعاتی را به دانشمندان کمک می کند تا گونه های دیگر را درک کنند.

بلگر می‌گوید: «برای مثال، بخشی از اینکه چرا ما توانستیم میکروبیوم روده شیر را طبقه‌بندی کنیم، به این دلیل است که میکروبیوم انسان را انجام داده‌ایم. واقعا مهم است که در مورد همه گونه ها فکر کنیم زیرا همه آنها به هم مرتبط هستند.

در حال حاضر، شیرهای Etosha صدها ژنوم میکروبی را به نقشه در حال رشد اضافه کرده اند و نشان داده اند که حتی در یکی از آشناترین حیوانات آفریقا چقدر باقی مانده است.

کارل بلگر و همکاران، مشخصات میکروبیوم روده شیرها در پارک ملی اتوشا، نامیبیا، میکروبیوم حیوانات (2026). DOI: 10.1186/s42523-026-00629-7

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →