Τα προβιοτικά βοηθούν τα εργαστηριακά κοράλλια να επιβιώσουν από το θανατηφόρο θερμικό στρες
August 13, 2021Η θέρμανση των θαλασσών απειλεί να μετατρέψει τους κοραλλιογενείς υφάλους από έγχρωμα καλειδοσκόπια σε λευκασμένα πεδία με μπάζα. Για να σταματήσουν αυτή την υποβάθμιση, ορισμένοι επιστήμονες εξερευνούν μια εκπληκτική λύση: τα προβιοτικά.
Δοσολογία κοραλλιών με μείγμα ωφέλιμων βακτηρίων απέτρεψε τον θάνατο σε ένα κύμα καύσωνα που προσομοιώνεται σε ένα ενυδρείο, οι ερευνητές αναφέρουν στις 13 Αυγούστου Προόδους της Επιστήμης. Συγκριτικά, σχεδόν τα μισά κοράλλια που έλαβαν ένα καλοήθη αλατούχο διάλυμα δεν επιβίωσαν στις ίδιες συνθήκες. Η έρευνα προσφέρει μια απόδειξη της ιδέας ότι τα προβιοτικά θα μπορούσαν να βοηθήσουν ορισμένα κοράλλια να επιβιώσουν από το θερμικό στρες.
«Τα αποτελέσματα είναι απίστευτα ελπιδοφόρα», λέει ο Blake Ushijima, μικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας Wilmington που δεν συμμετείχε στην έρευνα. Το έργο προσδίδει νομιμότητα στη χρήση προβιοτικών ως φάρμακο κοραλλιών, λέει, «αλλά απλώς ξύνουμε την επιφάνεια. Δεν καταλαβαίνουμε πώς λειτουργούν πολλά από αυτά τα ευεργετικά μικρόβια».
Τα κοράλλια δεν είναι μοναδικές οντότητες, αλλά συνασπισμοί συνεταιριστικών παικτών. Κεντρικό στάδιο βρίσκονται τα φωτοσυνθετικά φύκια που αξιοποιούν τη δύναμη του ήλιου, παρέχοντας ενέργεια στον ζώο ξενιστή τους, τον πολύποδα των κοραλλιών. Πολλά βακτήρια ζουν και στα κοράλλια, πολλά υποστηρίζοντας τον ξενιστή τους ανακυκλώνοντας θρεπτικά συστατικά ή καταπολεμώντας παθογόνα. Συλλογικά αναφερόμενα ως κοραλλιογενή «holobiont», τα κοράλλια και οι μικροβιακοί εταίροι τους αποτελούν το θεμέλιο ενός από τα πιο βιοποικιλωμένα οικοσυστήματα στον πλανήτη.
Τα επιδεινούμενα θαλάσσια κύματα καύσωνα δοκιμάζουν την ακεραιότητα των υγιών ολοβιόντων (SN: 4/10/18). Υπό το θερμικό στρες, τα φύκια των κοραλλιών εκτοξεύουν τοξικές χημικές ουσίες, ωθώντας τους πολύποδες να τα διώξουν. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως λεύκανση, μπορεί να σκοτώσει κοράλλια (SN: 18/10/16). Για παράδειγμα, η λεύκανση από ένα κύμα καύσωνα του 2016 εξαφανίστηκε 29 τοις εκατό από κοράλλια ρηχών νερών στον βόρειο Μεγάλο Κοραλλιογενή Ύφαλο. Οι βακτηριακές κοινότητες μετατοπίζονται επίσης υπό το θερμικό στρες, διαταράσσοντας τα οφέλη που παρέχουν ορισμένα βακτήρια.
«Συνολικά, βλέπουμε μια κατάρρευση των συμβιωτικών σχέσεων και όλοι οι μικροοργανισμοί αρχίζουν να αγωνίζονται», λέει η Raquel Peixoto, θαλάσσια οικολόγος στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας King Abdullah στο Thuwal της Σαουδικής Αραβίας. Αυτή και οι συνάδελφοί της έδειξαν προηγουμένως ότι η θεραπεία κοραλλιών με προσεκτικά παρασκευασμένα προβιοτικά κοκτέιλ θα μπορούσε να μετριάσει τη λεύκανση των κοραλλιών σε εργαστηριακά πειράματα. Αυτό είναι καλό, λέει, «αλλά θέλαμε να μάθουμε αν μπορούμε να τους προστατεύσουμε από τη θνησιμότητα».
Στην πιο πρόσφατη διάταξη, οι ερευνητές προσομοίωσαν ένα θαλάσσιο κύμα καύσωνα σε 10 ενυδρεία, το καθένα με τέσσερα θραύσματα Mussismilla hispida πετρώδη κοράλλια, ανεβάζοντας τη θερμοκρασία στους 30° Κελσίου για 10 ημέρες πριν την επαναφέρετε στους 26°C. Τα μισά κοράλλια ψεκάστηκαν με έξι βακτηριακά στελέχη από Μ. hispida κάθε τρεις μέρες κατά τη διάρκεια του καύσωνα και κάθε πέντε μέρες μετά, ενώ το άλλο μισό λάμβανε θεραπεία με φυσιολογικό ορό. Κατά τη διάρκεια 75 ημερών, η Peixoto και οι συνεργάτες της μέτρησαν την υγεία των κοραλλιών και τις αλλαγές στη μεταβολική δραστηριότητα του holobiont, μαζί με τις οποίες τα γονίδια ενεργοποιήθηκαν και απενεργοποιήθηκαν.
Τα κοράλλια και στις δύο ομάδες λευκάνθηκαν, αλλά η θεραπεία με προβιοτικά τελικά λειτούργησε. Ενώ το 40 τοις εκατό των κοραλλιών που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με αλατούχο διάλυμα υπέκυψαν στη ζέστη, όλα τα κοράλλια που λούστηκαν με βακτήρια επέζησαν. «Ήταν εκπληκτικό και εξαιρετικά συναρπαστικό», λέει ο Peixoto. Το προβιοτικό φαίνεται να βοηθά στην ανάκτηση των κοραλλιών προκαλώντας γενετικές και μεταβολικές αλλαγές στον ξενιστή που σχετίζονται με την εξάλειψη της φλεγμονής και επιτρέποντας στα κατεστραμμένα κύτταρα να ξαναχτιστούν, διαπίστωσαν οι ερευνητές.
«Η κλιματική αλλαγή επηρεάζει τα κοράλλια πιο γρήγορα απ‘ ό,τι μπορούν να προσαρμοστούν», αλλά οι μικροβιακοί συνεργάτες τους μπορούν να ανταποκριθούν στις αλλαγές πιο γρήγορα, λέει η Kimberly Ritchie, θαλάσσια βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καρολίνας Beaufort που δεν συμμετείχε στην έρευνα. Τέτοιες αλλαγές, τις οποίες θα μπορούσαν να προκαλέσουν οι θεραπείες με προβιοτικά, θα μπορούσαν να «αγοράσουν περισσότερο χρόνο για τα κοράλλια», λέει.
Η Peixoto και οι συνεργάτες της σχεδιάζουν να προχωρήσουν πέρα από το ενυδρείο, ξεκινώντας πειράματα στα μέσα Αυγούστου για να δουν εάν τα προβιοτικά μπορούν να βοηθήσουν τα άγρια κοράλλια. Αλλά ορισμένοι επιστήμονες είναι δύσπιστοι για την απόλυτη χρησιμότητα των πρόσθετων βακτηρίων, ειδικά για μεγάλους υφάλους που διαθέτουν εκατοντάδες είδη κοραλλιών. «Τα προβιοτικά είναι σέξι αυτή τη στιγμή», λέει ο Ty Roach, μοριακός οικολόγος στο Ινστιτούτο Θαλάσσιας Βιολογίας της Χαβάης στο Kaneohe. «Μπορώ να φανταστώ σενάρια όπου αυτή θα ήταν μια εξαιρετική προσέγγιση… αλλά δεν νομίζω ότι θα σώσουν τους υφάλους».
Για παράδειγμα, η εφαρμογή προβιοτικών σε μεγάλους υφάλους που διαθέτουν εκατοντάδες είδη κοραλλιών φαίνεται υλικοτεχνική πρόκληση, λέει ο Roach. Και μπορεί να υπάρξουν ανεπιθύμητες συνέπειες. «Ό,τι είναι καλό για ένα κοράλλι μπορεί να μην είναι καλό για άλλα κοράλλια ή οργανισμούς», λέει ο Roach. «Για οικοσυστήματα τόσο πολύπλοκα όσο οι κοραλλιογενείς ύφαλοι, δεν μπορώ να δω να γίνεται αυτό σε μεγάλη κλίμακα χωρίς να υπάρχουν κάποιες απρόβλεπτες, δυνητικά επιβλαβείς, επιπτώσεις».
Ο Peixoto λέει ότι τα προβιοτικά που χρησιμοποιούνται εδώ ελέγχονται προσεκτικά και δεν χρησιμοποιούνται στελέχη που είναι γνωστό ότι είναι επιβλαβή για τη ζωή. Συνολικά, τα προβιοτικά «δεν πρόκειται να είναι ασημένια σφαίρα», λέει. Το μόνο πράγμα που θα σώσει τους υφάλους είναι ο μετριασμός των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα για τη μείωση της υπερθέρμανσης του πλανήτη. «Αλλά χρειαζόμαστε ακόμα αποκατάσταση και αποκατάσταση για να αντιμετωπίσουμε την πραγματικότητα που έχουμε τώρα», λέει, και τα προβιοτικά δείχνουν πολλά υποσχόμενα.
