Déodorant bactérien: une relation symbiotique entre les grenouilles arboricoles et les bactéries Pseudomonas

Une rivière commence par un ruisseau bleu, mais l'amitié commence par des relations symbiotiques mutuellement bénéfiques entre deux entités biologiques. Dans des conditions difficiles de la nature, lorsque la moitié de ses habitants veulent vous manger, les sourires aident rarement. Mais ce qui aide exactement, c'est la symbiose susmentionnée - une coopération mutuellement bénéfique entre les individus de différentes espèces. Chacun des participants à une telle relation reçoit quelque chose qui lui est propre: protection, nourriture, maison, véhicule, etc. Mais ici, les grenouilles arboricoles de l'espèce Boana prasina ont besoin d'une symbiose avec certaines bactéries pour les amours. Aujourd'hui, nous nous familiariserons avec les observations étonnantes de scientifiques qui ont découvert que les bactéries qui vivent sur la peau des grenouilles contribuent à la libération d'un parfum unique aux différents sexes, qui joue un rôle important dans la recherche d'un partenaire et, par conséquent, dans la reproduction. Pourquoi les scientifiques ont-ils reniflé les grenouilles, à quoi sentent-ils (les grenouilles, pas les scientifiques), et comment une symbiose aussi inhabituelle s'est-elle produite entre les amphibiens et les bactéries? Des réponses nous attendent dans un rapport de groupe d'étude. Allons-y.

À propos de l'amitié dans la nature

Pour une personne, le bénéfice de l'amitié est généralement de nature psychologique (émotionnelle). Nous rencontrons de nouvelles personnes, commençons à nous faire des amis et à communiquer parce que nous l'apprécions tout simplement. On peut en dire autant de nos animaux de compagnie. Chats, chiens, hamsters, poissons, etc. ils sont amis pour une personne et ont plus de chances de recevoir un soutien moral que physique. Bien qu'il y ait des gens qui vivent sur le principe d'une mère du film "Prostokvashino":

- Eh bien, vous pensez vous-même, à quoi sert ce chat?
"Eh bien, pourquoi est-ce nécessairement bon?" Quelle est, par exemple, l'utilisation de cette peinture sur le mur?
- Cette image sur le mur est très utile - elle bloque un trou dans le papier peint!

Mais revenons à la flore et la faune. Dans la nature (nous ne considérerons pas la symbiose dans des conditions contrôlées), les relations entre les représentants des différentes espèces sont nécessaires pour la survie ou pour une vie plus confortable.


Poisson clown dans l'anémone.

Un poisson frappant et l'un des exemples les plus célèbres sont les poissons clowns et les anémones de mer (anémones de mer). Les poissons, à la vue desquels beaucoup s'exclament quelque chose comme "Oh, Nemo!", Vivant à l'intérieur de l'anémone, sont immunisés contre leurs knidocytes (cellules piquantes / piquantes), mais les prédateurs sont très sensibles. En d'autres termes, les poissons clowns vivent dans une maison avec une clôture électrique. Les anémones de mer bénéficient également d'un tel voisinage sous la forme de nutriments provenant des déchets de poisson (oui, l'expression "de *** nouvelles relations" pour les anémones de mer sonne littéralement).


Autre symbiose inhabituelle, certaines espèces d'anémones se forment avec des bernard-l'ermite.

Des profondeurs de la mer nous nous déplaçons vers un pré fleuri. Qui représentons-nous toujours à côté d'une fleur? Bien sûr les abeilles. Ces bourreaux de travail collectent le nectar des fleurs, c'est-à-dire qu'ils reçoivent de la nourriture. En même temps, volant de fleur en fleur, ils procèdent à la pollinisation indirecte, qui aide les plantes à se reproduire. En d'autres termes, à la question "Quoi, avez-vous tenu une bougie?" l'abeille répondrait par l'affirmative, après quoi elle vous piquerait pour de telles questions inappropriées.


Abeilles sur un tournesol.

En plus des abeilles, d'autres types d'insectes (fourmis, bourdons, papillons, etc.), ainsi que des vertébrés (oiseaux, chauves-souris, rongeurs, etc.) aident les plantes dans le processus de pollinisation.

Comme nous l'avons déjà compris, les relations symbiotiques ne sont pas rares. Nous sommes plutôt surpris par les participants à ces relations, plutôt que par le fait de leur existence.

Il convient de noter que l'odeur est un signal chimique qui vous permet d'obtenir certaines informations sur sa source. Non seulement les grenouilles, mais aussi de nombreuses espèces de vertébrés utilisent les odeurs pour échanger des informations. Rappelez-vous ce que font les chats (surtout au printemps) - de cette façon, ils informent les autres représentants de leur espèce de leur présence, de leur droit au territoire, etc. Si nous considérons les sources d'odeurs en général, il existe plusieurs sources principales:

• synthèse sécrétoire primaire (de novo) dans certaines glandes;
• les sous-produits de l'excrétion, c'est-à-dire les sécrétions de l'activité vitale du corps;
• utilisation de l'environnement;
• produits métaboliques des bactéries symbiotiques.

Retour dans les années 70 du siècle dernier, une "théorie de la fermentation" a été énoncée, qui a déclaré que les bactéries symbiotiques chez les mammifères métabolisent les protéines et les lipides trouvés dans les glandes aromatiques. Par conséquent, des composés volatils sont produits que le support utilise pour la communication.


Une grenouille tigre coassante.

Si nous parlons de grenouilles et de crapauds, alors ici, la principale méthode de transmission des informations (c'est-à-dire la communication) a toujours été considérée comme des sons (signaux acoustiques). Mais les odeurs n'ont pas reçu beaucoup d'attention, les considérant comme moins importantes dans ce processus. Il s'est avéré que tout cela était différent. L'odeur est non seulement très importante dans la transmission d'informations (détermination du sexe, attirer un partenaire, protection contre les prédateurs, etc.), mais elle survient également à l'aide d'organismes symbiotiques, à savoir les bactéries.

Les scientifiques ont réussi à découvrir que le secret sécrété par la peau des grenouilles contient des sulfures organiques * , des sesquiterpènes * et des méthoxypyrazines * . La source de ces composés chimiques était des bactéries du groupe Pseudomonas qui vivent sur la peau des individus étudiés.

Sulfures organiques * - analogues éthers contenant du soufre.

Sesquiterpènes * - un groupe de composés organiques de la classe des terpènes, qui comprennent les hydrocarbures de C ₁₅ H ₂₄ à C ₁₅ H ₃₂ .

Les méthoxypyrazines * sont des composés chimiques qui produisent des odeurs.

Comme je l'ai mentionné plus tôt, les scientifiques ont choisi comme sujets des grenouilles arboricoles de l'espèce Boana prasina vivant en Amérique du Sud. Cette espèce a une période de reproduction assez longue, au cours de laquelle les mâles utilisent des signaux acoustiques et émettent une odeur très forte et caractéristique. Les scientifiques soulignent que des études sur le rôle des odeurs dans l'activité sociale des grenouilles arboricoles ont déjà été menées, mais la source de ces odeurs n'a pas encore été étudiée.

Et maintenant, après avoir pris connaissance du concept de symbiose, des participants à la recherche et des objectifs des scientifiques, nous commencerons à nous familiariser avec les résultats des observations.

Résultats de recherche

En utilisant TFME (microextraction en phase solide) et GC / MS (chromatographie en phase gazeuse / spectrométrie de masse), les scientifiques ont pu établir que la composition de la sécrétion volatile de la peau des mâles et des femelles des espèces de B.prasina comprend environ 60 à 80 composés chimiques différents, y compris les alcools, les aldéhydes , alcènes, esters, cétones, méthoxypyrazines, terpènes (hémiterpènes, monoterpènes et sesquiterpènes) et thioéthers.


Image n ° 1: Comparaison de la composition chimique de la sécrétion volatile de la peau des mâles et des femelles de B. prasina.

Désignations dans le tableau ci-dessus: Vadrouille - méthoxypyrazines; Het - hémiterpènes; Mnt sont monoterpéniques; Sqt - sesquiterpenes; Hyc - hydrocarbures; Orteils - thioéthers; Ethers ; Ket - cétones; c * - composés aromatiques également présents dans les terrariums.


Tableau n ° 1: données d'une analyse chimique de la sécrétion volatile de la peau des mâles et femelles des espèces de B. prasina.

Dans le même temps, il s'est avéré que la majorité de toute cette "soupe parfumée" pour les deux sexes est constituée d'hémiterpènes, de cétones et d'alcools (49,9–78,3%).

Si nous comparons la composition chimique pour déterminer ses différences entre les mâles et les femelles, on distingue SQT (sesquiterpènes), TOE (thioesters) et MOP (méthoxypyrazines), ce qui peut être vu à partir de 2A et 2B .


Image n ° 2: une analyse comparative de la composition chimique de la sécrétion des mâles et des femelles.

Le double graphique 2A est basé sur la teneur relative en composés volatils. Les centroïdes de dispersion de l'échantillon sont représentés par un cercle pour les femmes et un triangle pour les hommes. La figure 2B montre la contribution relative de chaque classe de composés chimiques aux quatre premiers composants principaux obtenus dans l'analyse PCA (méthode des composants principaux). La taille du cercle indique la valeur absolue de la contribution et la couleur (du rouge au bleu) indique la contribution négative ou positive.

Grâce à la création de la fonction LDA (analyse discriminante linéaire), il est devenu clair pour les scientifiques qu'il est possible de distinguer le sexe d'un individu au moyen d'un profil chimique ( 2C ): test de Kruskal-Wallis: DF = 1, P = 0,001.

Une petite explication de la terminologie dans les données:

• le mot «interaction» signifie que dans l'analyse des données, les deux facteurs ont été pris en compte - le sexe de la personne et la méthode d'échantillonnage;
• le mot "sexe" signifie l'analyse des données uniquement pour déterminer le sexe dans certaines conditions d'échantillonnage;
• in vivo - analyse sur un organisme vivant (et non sur un échantillon prélevé);
• échantillon - analyse d'échantillons de peau prélevés sur un individu vivant (analysés séparément de l'individu lui-même).

Des trois classes les plus distinctes (TOE, SQT et MOP), ce sont les MOP (méthoxypyrazines) qui étaient plus prononcées chez les femmes que chez les hommes. Cela ressort clairement du test du rapport de vraisemblance. Interaction: χ ² ₁ = 1,20; P = 0,2729; sexe: χ ² ₁ = 12,778; P = 0,0004.

De plus, chez les mâles, les SQT (sesquiterpènes) étaient plus élevés que chez les femelles. Interaction: χ ² ₁ = 23,817; P <0,0001; sexe (in vivo): χ ² ₁ = 22,933; P <0,0001; sexe (échantillon): χ ² ₁ = 1,317; P = 0,2511.

Enfin, l'analyse des données TOE (thioesters) a montré que les mâles ont plus de ce composé chimique, mais uniquement lorsqu'ils sont analysés sur un individu vivant (in vivo). Interaction: χ ² ₁ = 10,618; P = 0,0011; sexe (in vivo): χ ² ₁ = 10,9505; P = 0,0009; sexe (échantillon): χ ² ₁ = ² 0051; P = 0,1568.

Après un examen plus détaillé de la composition du SQT et de la TOE, les scientifiques ont identifié deux substances principales qui étaient les plus exprimées, à savoir le dihydroedulane II dans le SQT et le C ₆ H ₁₂ S dans la TOE.

De plus, les chercheurs ont décidé de traiter plus en détail les méthoxypyrazines (MOP), dont 4 ont été isolées:

• MOP1 - 2-isopropyl-3-méthoxypyrazine (C ₈ H ₁₂ N ₂ O)
• MOP2 - 3-isopropyl-2-méthoxy-5-méthylpyrazine (C ₉ H ₁₄ N ₂ O)
• MOP3 - 2-sec-butyl-3-méthoxypyrazine (C ₉ H ₁₄ N ₂ O)
• MOP4 - 3-sec-butyl-2-méthoxy-5-méthylpyrazine (C ₁₀ H ₁₆ N ₂ O)

Image 3: données pour les quatre types d'AMP chez les hommes et les femmes.

Comme le montrent les données d'analyse, MOR3 est très prononcé chez les hommes, mais pas chez les femmes, quelle que soit la méthode d'analyse (interaction: χ ² ₁ = 0,1219; P = 0,727; sexe: χ ² ₁ = 49,4548; P <0 , 0001).

Mais MOR4, au contraire, est fortement prononcé chez les femmes et non chez les hommes (interaction χ ² ₁ = 5,3977; P = 0,0202; sexe (in vivo): χ ² ₁ = 25,5523; P <0,0001; sexe (échantillon): χ ² ₁ = 33,1275; P <0,0001).

La MOP1 et la MOP2 étaient plutôt mal représentées chez les deux sexes et représentaient ensemble environ 0 à 12,8% du nombre total de méthoxypyrazines.

Nous avons compris les données, les chiffres, les comparaisons de "qui en a plus", et maintenant les plus intéressants.

Le fait est que la TOE et la MOP sont des composés chimiques qui sont produits (généralement) par des micro-organismes. Par conséquent, les scientifiques ont dû vérifier si c'était le cas avec les grenouilles arboricoles. Des échantillons ont été prélevés à partir desquels des bactéries associées à la peau ont été isolées, cultivées et identifiées.

À partir de, attention, 128 métabolites volatils dans les bactéries, les scientifiques en ont identifié 16, qui se trouvaient également chez les grenouilles. Et aussi 5 composés qui ont été trouvés uniquement dans les bactéries ont été identifiés.


Image n ° 4: 4A - MPA trouvé dans la peau de grenouilles (1-4) et dans la bactérie Pseudomonas (5-8), 4B - chromatogramme GC / MS du courant ionique total, montrant la production de MPA 1-8 (à gauche) par la bactérie Pseudomonas cultivée dans la gélose Muller - Hinton (à droite).

Et voici un autre fait très intéressant - les 4 types d'AMP (nous les avons examinés plus tôt) ont été produits par un seul isolat bactérien. En plus de celles présentes dans les grenouilles MPA 1-4, la bactérie en a produit plusieurs supplémentaires (5-8 sur l'image 4A ), qui n'ont pas été détectées chez les grenouilles. Il convient également de noter que chez les bactéries, le MPA le plus "massif" était le numéro 5 (C ₇ H ₁₀ N ₂ O ou 2-méthoxy-3,5-diméthylpyrazine), représentant environ 82,4 ± 16,7% du nombre total de méthoxypyrazines.

Une comparaison de MOP1-4 chez les bactéries et les grenouilles a montré que MOP2 est mieux exprimée dans les bactéries (5,9 ± 6,9%), mais MOP3 et MOP4 sont pires que chez les grenouilles (2,6 ± 5,0% et 2 , 7 ± 2,1%, respectivement).


Image n ° 5: une population de bactéries sur la peau de sujets testés provenant de différentes régions et à différents moments.

Les individus de l'étude ont été prélevés dans la nature, plus précisément dans 4 régions différentes ( 5A ). Le nombre de bactéries différait chez les individus de différentes régions et dépendait du temps passé en captivité ( 5B ).

Malgré des variations dans plus de la moitié du nombre d'unités taxonomiques actives (OTU) observées dans les colonies de bactéries cutanées sur quatre sites (60 à 63%) et dans cinq périodes d'échantillonnage différentes (56 à 66%), elles peuvent être identifiées comme représentatives des familles bactériennes suivantes: Enterobacteriales , Pseudomonadales , Methylophilales , Oceanospirillales , Actinomycetales , Bacillales , Alteromonadales et Burkholderiales . Les plus prononcés parmi cette variété étaient Klebsiella ( Enterobacteriales ) et Pseudomonas ( Pseudomonadales ). Ceci est illustré dans les graphiques 5A et 5B .

Aucune différence particulière n'a été trouvée entre les individus testés de différentes régions. Mais l'influence du temps en captivité était palpable. Ainsi, la diversité des bactéries et leur nombre ont diminué avec le temps (en captivité): 1er jour - 163 ± 26, 3ème: 145 ± 35, 10ème: 100 ± 9, 2 semaines: 104 ± 41 et 8 mois : 155 ± 34.

La différence, selon la région de résidence et le temps de captivité, était également visible chez les bactéries Pseudomonas . Certaines OTU n'ont été trouvées que chez des grenouilles d'une certaine région ( 5C ) ou étaient déjà montrées en captivité ( 5D ). Mais 4 espèces de bactéries de ce genre étaient encore présentes dans la plupart des échantillons, c'est-à-dire qu'elles ne dépendaient pas des facteurs géographiques et du temps dans un environnement de laboratoire contrôlé. Dans le même temps, il y avait une différence dans le nombre de bactéries Pseudomonas chez les hommes (en moyenne 1,7%) et les femmes (en moyenne 2,4%). Ces indicateurs ont diminué au cours de leur séjour en captivité chez les deux sexes, en particulier pendant les 3 premiers jours: du maximum le premier jour de 8,8 ± 4,3% au maximum le 3ème - 0,4 ± 0,2%.

Compte tenu des données analysées, on peut conclure que ce sont les bactéries Pseudomonas qui sont activement impliquées dans la sécrétion de composés volatils qui sont utilisées par le support, à savoir les grenouilles, pour déterminer le sexe, attirent un partenaire pendant la saison de reproduction et comme protection contre les prédateurs.

Pour une connaissance plus détaillée des nuances de l'étude, je vous recommande de consulter le rapport du groupe de recherche et les documents complémentaires .

Épilogue

Le fait que les odeurs jouent un rôle extrêmement important dans la vie de nombreux organismes vivants, y compris les amphibiens, est connu depuis un certain temps. Cependant, de telles études, dont le but est d'identifier la principale source de ces odeurs et les mécanismes de production de composés chimiques volatils, n'ont pas encore été menées.

Les scientifiques ont pu découvrir exactement quels composés chimiques sont importants pour la formation d'odeurs et ce qui les produit. La peau des grenouilles arboricoles abrite un certain nombre de bactéries de différentes familles. Les scientifiques suggèrent que les biomolécules synthétisées par la peau des amphibiens servent de filtre à travers lequel des combinaisons uniques de différents types de bactéries peuvent demeurer sur la peau. Et les composés volatils sécrétés par les bactéries produites par MOP Pseudomonas dans la peau de la grenouille peuvent agir comme des éléments infochimiques, c'est-à-dire un moyen de communication entre les bactéries elles-mêmes.

À leur tour, les grenouilles arboricoles utilisent cela comme l'un des types de signaux donnés à d'autres individus pendant la saison des amours avec des signaux acoustiques, ce qui est confirmé par des tests de comportement dans la nature et en laboratoire.

À l'avenir, les chercheurs vont poursuivre leurs travaux afin d'étudier plus en détail l'interaction des bactéries et des grenouilles arboricoles. Les scientifiques appellent ce travail les premières étapes de la compréhension de la relation symbiotique entre les amphibiens (et pas seulement) et divers micro-organismes.

Oui, de telles études peuvent ne présenter aucun avantage pratique pour l'humanité, bien qu'il soit trop tôt pour en parler, car une découverte peut conduire à une série de nouvelles qui peuvent d'une manière ou d'une autre affecter nos vies. Mais ce que ces études fournissent exactement, c'est la connaissance et la compréhension des aspects du monde qui nous entoure, sur lesquels nous ne savons toujours pas tout.



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