Publiserat: 4.11.2021
Skribent: Miia Rainio

Evolutivt sett är mikrober mycket gamla och de spelar en viktig roll för ekosystemen på land och i vattnen. Många mikrober är livsviktiga för organismernas välbefinnande eftersom de deltar i flera processer i kroppen. Till exempel i tarmen finns mikrober som är viktiga för ämnesomsättningen och energiproduktionen: mikroberna omvandlar näringsämnen till en form som organismen kan använda, och de bidrar till att spjälka upp och transportera ut skadliga ämnen ur kroppen.

Mikrober kan utnyttjas på många sätt också i livsmedels- och läkemedelsindustrin. Men en del mikrober är skadliga. De kan förstöra mat och orsaka olika infektioner, sjukdomar, försämrad motståndskraft och många andra fysiologiska förändringar i kroppen.

Flera miljökemikalier har en skadlig inverkan på mikrober. Av dem valde vi tungmetallerna för vår forskning. Vi vet att metaller påverkar t.ex. mikrobpopulationernas mångfald och storlek och förändrar mikroflorans sammansättning. Metallerna kan också störa mikrobernas funktion genom att försämra deras förmåga att metabolisera eller avlägsna skadliga föreningar ur värdorganismen. Metallernas inverkan på mikrofloran har tills vidare främst undersökts i mark och växter. Det finns också data om effekterna på människor och andra däggdjur, men metallernas inverkan på fåglars mikroflora är fortfarande relativt okänd.

I mitt nya forskningsprojekt undersöker vi metallernas inverkan på vilda fågelungars mikroflora hos tre vanliga fågelarter: talgoxen, blåmesen och den svartvita flugsnapparen. Vi valde dessa arter eftersom de häckar i holkar och är vanliga i det område vi undersökte. Arterna representerar både stannfåglar och flyttfåglar, vilket ger oss information om eventuella skillnader i mikrobiota mellan olika arter samt olika arters utsatthet för metallexponering.

 

Hundratals forskningsholkar och europeiskt samarbete

De växande fågelungarna är mycket utsatta för förändringar i omgivningen, och många kemikalier kan skada deras utveckling. Vi undersöker mångfalden av mikrober i tarmen och boet samt förändringar i mikrobiota i närheten av metallutsläppskällor och i rena jämförelseområden för att kunna jämföra resultaten. Vårt forskningsområde ligger i närheten av ett metallsmältverk i Harjavalta storindustripark, där fåglarnas häckning har varit föremål för forskning i drygt 30 år. Det omfattande longitudinella materialet har genererat rikligt med data om metallernas inverkan på fåglarnas häckning och fysiologi och om förändringar i metallhalterna under mer än 30 år.

I vårt forskningsområde finns sammanlagt cirka 350 forskningsholkar utplacerade i utsläppskällans omedelbara närhet och på mer avlägsna jämförelseområden. Dessutom samlar vi in spillningsprover i närheten av olika utsläppskällor på olika håll i Europa med hjälp av vårt stora samarbetsnätverk för att få en mer heltäckande bild av metallexponeringens eventuella skadliga effekter på fåglarnas mikroflora. Vi undersöker bo- och tarmmikrobernas reaktioner på metallexponeringen men också på förändringar i häckningsmiljön, mikroklimatet, födans sammansättning och taxonomin, och vi utreder sambandet mellan dessa faktorer och fåglarnas fysiologiska och ekologiska reaktioner. Av de fysiologiska reaktionerna analyserar vi bl.a. enzymer i samband med antioxidant- och immunförsvaret, och av de ekologiska reaktionerna livscykelegenskaper och häckningsframgång.

 

Exponeringskällan kan spåras genom att manipulera bon

Sommaren 2021 samlade vi in spillningsprover för att analysera tarmmikrober och bomaterial för att analysera mikroberna i boet – analyserna pågår för närvarande. Med hjälp av proverna fastställer vi också metallhalterna för att kunna koppla ihop eventuella förändringar i mikrobiota med metallhalterna. Vi undersöker mikroberna med molekylärbiologiska tekniker genom att isolera bakterie-DNA ur spillningen och bomaterialet och med PCR-metoden kopiera en tillräcklig mängd av det genområde vi vill undersöka. Av proverna sammanställer vi ett så kallat sekvenseringsbibliotek där vi förser de prover som ska undersökas med unika koder för att kunna identifiera dem. Mikroberna identifieras genom att med NGS-tekniken sekvensera det genområde som undersöks för att ta reda på koden som bygger på bakteriernas bassekvens. Utifrån den kan bakterierna slutligen identifieras med hjälp av öppna gendatabaser.

Genom att jämföra bakteriearterna nära utsläppskällan och i jämförelseområdena samt hos de olika arterna kan vi se eventuella förändringar som metallexponeringen har orsakat i mikrobiota. Mikrobresultaten kan också kopplas till häckningsmaterialet och det fysiologiska materialet för att undersöka samband mellan dem. Fågelungarna i boen kan utsättas för metaller antingen via bomaterialet eller födan. Om vi upptäcker skillnader mellan provgruppernas mikrobiota manipulerar vi boen under kommande fältperioder för att närmare undersöka den primära exponeringskällan.

Med vårt forskningsupplägg kan vi också undersöka förändringar i mikrobernas ämnesomsättningsprodukter med metabolomiska metoder. Med hjälp av metabolomiken kan vi undersöka strukturen, funktionen och samverkan av lågmolekylära ämnesomsättningsprodukter för att ta reda på hur eventuella förändringar i mikrobiota påverkar värdorganismen funktionellt. Våra forskningsresultat ger ny kunskap om metallernas effekter på utvecklingen av mikrobiota under fågelungarnas uppväxttid. Resultaten bidrar också med ett nytt perspektiv på frågan varför arter som lever i närheten av städer och utsläppskällor generellt får allt färre ungar och växer allt långsammare, trots att direkta toxiska effekter av metaller inte alltid upptäckts.

 

FD, docent Miia Rainio är postdocforskare på biologiska institutionen vid Åbo universitet och disputerade 2013 på metallers inverkan på fåglars oxidativa stress och antioxidantförsvar. De senaste åren har hon forskat i hur växtskyddsämnet glyfosat inverkar på växters, insekters och fåglars livscykelegenskaper, fysiologi och mikrobiom.

 

 

 

Litteratur:

Claus, SP, Guillou, H, Ellero-Simatos, S, 2016. The gut microbiota: a major player in the toxicity of environmental pollutants? NPJ Biofilms Microbiomes 2: 16003
Duan, H, Yu, L, Tian, F, Zhai, Q, Fan, L, Chen, W, 2020. Gut microbiota: A target for heavy metal toxicity and a probiotic protective strategy. Sci. Total Environ. 742: 140429.
Giambò, F, Italia, S, Teodoro, M, Briguglio, G, Furnari, N, Catanoso, R, Costa, C, Fenga, C, 2021. Influence of toxic metal exposure on the gut microbiota (Review). World Acad. Sci. J. 3: 19.
Kohl, KD, 2012. Diversity and function of the avian gut microbiota. J Comp Physiol B 182: 591-602.
​​​​​​​Richardson, JB, Dancy, BCR, Horton, CL, Lee, YS, Madejczyk, MS, Xu, ZZ, Ackermann, G, Humphrey, G, Palacios, G, Knight, R, Lewis, JA, 2018. Exposure to toxic metals triggers unique responses from the rat gut microbiota. Sci. Rep. 8 (1): 6578.