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

Groene zeeschildpadden zijn de milde reuzen van de oceaan, die grazend leven op zeegras en algen die moeilijk af te breken zijn. Om te overleven op dit vezelrijke dieet, vertrouwen ze op een verborgen beroepsbevolking in hun darmen: miljarden bacteriën die het plantaardige materiaal fermenteren en omzetten in bruikbare energie. Dit interne ecosysteem is even essentieel voor de schildpad als de longen voor een mens, maar het blijft op veel gebieden een mysterie. Wetenschappers weten al lang dat wanneer deze dieren ziek worden, hun darmbacteriën vaak veranderen, maar de instrumenten die gebruikt werden om ze te bestuderen waren te grofmazig om de specifieke spelers betrokken te zien. Jarenlang konden onderzoekers alleen de grove lijnen van deze microbiële wereld zien, waarbij ze de fijne details misten die zouden kunnen verklaren waarom een schildpad ziek is of hoe men het herstel kan bevorderen.

Een team van onderzoekers van de University of the Sunshine Coast en partnerorganisaties besloot onlangs nauwer te kijken. Ze stapten over op een krachtige nieuwe manier om de genetische code te lezen, die de volledige lengte van een bacterieel gen vastlegt in plaats van slechts een klein fragment. Dit stelde hen in staat om specifieke soorten bacteriën te identificeren met een precisie die voorheen nooit eerder bereikt was bij zeeschildpadden. Ze richtten zich op drie groene schildpadden gevonden in Hervey Bay, Queensland: één gezonde volwassene, een zieke juveniele en een zieke sub-adulte. Door de bacteriegemeenschappen in deze drie zeer verschillende dieren met elkaar te vergelijken, ontdekten de onderzoekers hoe de gezondheid van de darmen op twee verschillende manieren kan ontregelen, en ze ontdekten een bacterie in een schildpad die daar nog nooit eerder was gezien.

De onderzoekers verzamelden monsters uit de cloaca, de enkele opening aan de achterzijde van de schildpad waar afvalstoffen het lichaam verlaten, die dient als een venster naar de darmen. Ze sequenceten het DNA van de aanwezige bacteriën, met als doel een diepe blik op de gemeenschap te werpen. De resultaten toonden aan dat de gezonde volwassen schildpad een evenwichtige mix van bacteriën huisvestte, gedomineerd door groepen die bekend staan om het helpen verteren van planten. Dit dier had een diverse en stabiele gemeenschap, vergelijkbaar met een goed beheerde tuin met veel verschillende soorten die samenwerken. In contrast hiermee toonde de zieke juveniele schildpad een heel ander beeld. Zijn darmen werden overspoeld door een enkele groep bacteriën die problemen kunnen veroorzaken wanneer zij de overhand krijgen, terwijl de algehele variëteit aan soorten aanzienlijk afnam. Dit suggereert dat het dier leed aan een ernstige disbalans waarbij schadelijke bacteriën de nuttige bacteriën hadden verdrongen.

De derde schildpad, een sub-adulte met een andere set symptomen, presenteerde een derde, verrassend scenario. Deze schildpad leed aan een ernstige blokkade in zijn darmen, een conditie waarbij afval niet meer beweegt. Men zou verwachten dat een ziek dier een arm of eenvoudig bacterieel evenwicht heeft, maar deze schildpad had feitelijk een zeer rijke en diverse mix van bacteriën, vergelijkbaar met de gezonde volwassene. Echter, de soorten bacteriën waren anders. In plaats van de gebruikelijke mix, was zijn darm overstroomd met een specifieke groep bacteriën die gedijen in stilstaande, zuurstofarme omgevingen. Dit zijn de soorten microben die voedsel fermenteren en gas produceren, wat perfect past bij de conditie van de schildpad met een gestopte darm. De bacteriën waren in feite aan het feesten op het voedsel dat niet langer bewoog, wat een fermentatieve omgeving creëerde die waarschijnlijk bijdroeg aan het ongemak van het dier.

De meest opvallende ontdekking kwam van deze derde schildpad. Te midden van de vloed aan fermenterende bacteriën vonden de onderzoekers een specifiek type genaamd Inconstantimicrobium porci. Deze bacterie was voorheen alleen bekend uit de darmen van varkens en uit landbouwgrond. Het vinden ervan in een zeeschildpad was een eerste voor de wetenschap. De onderzoekers detecteerden het in aanzienlijke aantallen in de zieke sub-adulte, terwijl het nauwelijks aanwezig was in de gezonde schildpad en afwezig was in de andere zieke schildpad. Ze vermoeden dat recente zware overstromingen in de regio deze met varkens geassocieerde bacterie uit het land naar de kustwateren hebben gespoeld waar de schildpadden zich voeden. De schildpad heeft deze waarschijnlijk opgenomen, en omdat zijn darm niet meer bewoog, kon de bacterie snel vermenigvuldigen, waarbij hij zich voegde bij de andere fermenterende bacteriën in een bloei die de bewegende darm van de gezonde schildpad van nature zou hebben weggespoeld.

Deze studie benadrukt dat ziekte bij zeeschildpadden op microbiëel niveau niet altijd hetzelfde oogt. Soms ziet het eruit als een instorting van diversiteit, waarbij schadelijke bacteriën een verzwakt systeem overnemen. Andere keren ziet het eruit als een verschuiving in het type bacteriën, waarbij een gezond ogende variëteit aan soorten zich herschikt om een geblokkeerde darm te accommoderen. Het vermogen om deze verschillen duidelijk te zien, is een grote stap voorwaarts. Door een methode te gebruiken die de volledige genetische code van de bacteriën leest, konden de onderzoekers de specifieke, met varkens geassocieerde bacterie identificeren die kortere, oudere methoden over het hoofd hadden gezien. Dit niveau van detail is cruciaal voor het begrijpen van hoe milieuveranderingen, zoals overstromingen, nieuwe organismen in het mariene milieu kunnen introduceren en hoe die organismen interageren met de gezondheid van wilde dieren.

De bevindingen wijzen ook op de complexe relatie tussen de omgeving en de dieren die erin leven. De aanwezigheid van een met varkens geassocieerde bacterie in een zeeschildpad suggereert dat de grenzen tussen land en zee minder strikt zijn dan voorheen gedacht, vooral wanneer extreme weersomstandigheden optreden. Hoewel de studie slechts drie dieren betrof, bieden de resultaten een nieuw perspectief voor dierenartsen en natuurbeschermers. Het suggereert dat het kijken naar de specifieke soorten bacteriën in een schildpad kan helpen bij het diagnosticeren van de aard van zijn ziekte, waarbij onderscheid wordt gemaakt tussen een algemene infectie en een specifieke blokkade. Zoals de onderzoekers opmerken, is dit pas het begin van het begrijpen van deze interne werelden, maar het biedt een veelbelovend pad naar een betere zorg voor deze oude zeelieden terwijl ze een veranderende planeet tegemoet gaan.