First detection of porcine associated bacterium Inconstantimicrobium in a reptilian host: gastrointestinal microbiome characterisation of healthy and unhealthy green turtles (Chelonia mydas) using full-length 16S rRNA sequencing

Grüne Meeresschildkröten sind die sanften Riesen des Ozeans, die Seegras und Algen grasen, die schwer aufzubrechen sind. Um mit dieser ballaststoffreichen Ernährung zu überleben, verlassen sie sich auf eine verborgene Belegschaft in ihrem Darm: Milliarden von Bakterien, die die Pflanzenstoffe fermentieren und sie so in nutzbare Energie umwandeln. Dieses interne Ökosystem ist für die Schildkröte so lebenswichtig wie die Lungen für einen Menschen, bleibt jedoch in vielerlei Hinsicht ein Rätsel. Wissenschaftler wissen schon lange, dass sich die Darmbakterien dieser Tiere verändern, wenn sie krank werden, aber die Werkzeuge zur Untersuchung dieser Bakterien waren bisher zu grob, um die beteiligten Akteure im Detail zu erkennen. Jahrelang konnten Forscher nur die groben Umrisse dieser mikrobiellen Welt sehen und verpassten dabei die feinen Details, die erklären könnten, warum eine Schildkröte krank ist oder wie man ihr bei der Genesung helfen kann.

Ein Team von Forschern der University of the Sunshine Coast und Partnerorganisationen beschloss vor Kurzem, genauer hinzusehen. Sie wandten sich einer leistungsstarken neuen Methode zum Lesen des genetischen Codes zu, die die gesamte Länge eines Bakteriengens erfasst, anstatt nur ein winziges Fragment. Dies ermöglichte es ihnen, spezifische Arten von Bakterien mit einer Präzision zu identifizieren, die bei Meeresschildkröten zuvor nie erreicht worden war. Sie konzentrierten sich auf drei grüne Schildkröten, die in der Hervey Bay, Queensland, gefunden wurden: eine gesunde adulte Schildkrute, ein krankes Jungtier und ein krasses Subadultes. Durch den Vergleich der Bakteriengemeinschaften in diesen drei sehr unterschiedlichen Tieren deckte das Team eine Geschichte darüber auf, wie die Darmgesundheit auf zwei verschiedene Arten aus dem Gleichgewicht geraten kann, und entdeckte ein Bakterium in einer Schildkröte, das dort zuvor noch nie gesehen worden war.

Die Forscher sammelten Proben aus der Kloake, der einzigen Öffnung am Hinterteil der Schildkröte, durch die der Kot austritt, die als Fenster in den Darm dient. Sie sequenzierten die DNA der vorhandenen Bakterien mit dem Ziel, einen tiefen Einblick in die Gemeinschaft zu gewinnen. Die Ergebnisse zeigten, dass die gesunde adulte Schildkröte eine ausgewogene Mischung aus Bakterien beherbergte, die von Gruppen dominiert wurde, die für die Verdauung von Pflanzen bekannt sind. Dieses Tier besaß eine vielfältige und stabile Gemeinschaft, ähnlich einem gut gepflegten Garten mit vielen verschiedenen Arten, die zusammenarbeiten. Im Gegensatz dazu zeigte die kranke Jungschildkröte ein ganz anderes Bild. Ihr Darm war von einer einzigen Gruppe von Bakterien überwältigt, die Probleme verursachen können, wenn sie die Oberhand gewinnen, während die allgemeine Vielfalt der Arten signifikant sank. Dies deutet darauf hin, dass das Tier unter einem schweren Ungleichgewicht litt, bei dem schädliche Bakterien die hilfreichen verdrängt hatten.

Die dritte Schildkröte, ein Subadultes mit anderen Symptomen, präsentierte ein drittes, überraschendes Szenario. Diese Schildkröte litt unter einem schweren Darmverschluss, einem Zustand, bei dem der Stuhl nicht mehr weiterfließt. Man könnte erwarten, dass ein krankes Tier eine schwache oder einfache Bakteriengemeinschaft besitzt, aber dieses Tier hatte tatsächlich eine sehr reiche und vielfältige Mischung an Bakterien, ähnlich der gesunden Adulten. Die Arten der Bakterien waren jedoch anders. Anstatt der üblichen Mischung war ihr Darm von einer spezifischen Gruppe von Bakterien überflutet, die in stehenden, sauerstofffreien Umgebungen gedeihen. Dies sind die Arten von Mikroben, die Nahrung fermentieren und Gase produzieren, was perfekt zu dem Zustand der Schildkröte mit dem gestoppten Darm passt. Die Bakterien ernährten sich im Grunde von der Nahrung, die sich nicht mehr bewegte, und schufen ein fermentatives Milieu, das wahrscheinlich zu der Not der Schildkröte beitrug.

Die bemerkenswerteste Entdeckung kam von dieser dritten Schildkröte. Unter der Flut der fermentierenden Bakterien fanden die Forscher einen spezifischen Typ namens Inconstantimicrobium porci. Dieses Bakterium war zuvor nur im Darm von Schweinen und in landwirtschaftlichen Böden bekannt gewesen. Es in einer Meeresschildkröte zu finden, war eine wissenschaftliche Premiere. Die Forscher wiesen es in signifikanten Mengen in der kranken Subadulten nach, während es in der gesunden Schildkröte kaum vorhanden und in der anderen kranken Schildkröte gar nicht vorhanden war. Sie vermuten, dass jüngste starke Überschwemmungen in der Region dieses mit Schweinen assoziierten Bakteriums aus dem Land in die Küstengewässer, in denen die Schildkröten fressen, gewaschen haben könnten. Die Schildkröte hat es wahrscheinlich aufgenommen, und da ihr Darm nicht mehr arbeitete, konnte sich das Bakterium schnell vermehren und sich der anderen fermentierenden Bakterien anschließen, die in einem gesunden, bewegten Darm der Schildkröte natürlich weggespült worden wären.

Diese Studie verdeutlicht, dass Krankheit bei Meeresschildkröten auf mikrobieller Ebene nicht immer gleich aussieht. Manchmal zeigt sie sich als Zusammenbruch der Vielfalt, bei dem schädliche Bakterien ein geschwächtes System übernehmen. Ein anderes Mal zeigt sie sich als eine Verschiebung der Art der Bakterien, bei der sich eine gesund aussehende Vielfalt an Arten neu arrangiert, um einem blockierten Darm gerecht zu werden. Die Fähigkeit, diese Unterschiede klar zu sehen, ist ein großer Fortschritt. Durch die Verwendung einer Methode, die den vollständigen genetischen Code der Bakterien liest, konnten die Forscher das spezifische, mit Schweinen assoziierte Bakterium identifizieren, das ältere, kürzere Methoden übersehen hätten. Diese Detailtiefe ist entscheidend, um zu verstehen, wie Umweltveränderungen, wie etwa Überschwemmungen, neue Organismen in die Meeresumwelt einführen können und wie diese Organismen mit der Gesundheit der Wildtiere interagieren.

Die Ergebnisse weisen auch auf die komplexe Beziehung zwischen der Umwelt und den darin lebenden Tieren hin. Das Vorhandensein eines mit Schweinen assoziierten Bakteriums in einer Meeresschildkröte deutet darauf sich, dass die Grenzen zwischen Land und Meer weniger durchlässig sind als bisher angenommen, insbesondere wenn extreme Wetterereignisse auftreten. Obwohl die Studie nur drei Tiere umfasste, liefern die Ergebnisse eine neue Perspektive für Tierärzte und Naturschützer. Es deutet darauf hin, dass die Untersuchung der spezifischen Arten von Bakterien im Inneren einer Schildkröte helfen könnte, die Art ihrer Erkrankung zu diagnostizieren, indem man zwischen einer allgemeinen Infektion und einem spezifischen Verschluss unterscheidet. Wie die Forscher feststellen, ist dies erst der Anfang des Verständnisses dieser internen Welten, aber es bietet einen vielversprechenden Weg zu einer besseren Versorgung dieser alten Seefahrer, während sie mit einem sich verändernden Planeten konfrontiert sind.