Glyphosate effects on growth and biofilm formation in bee gut symbionts and diverse associated bacteria.
Appl Environ Microbiol · 2024 · 90:e0051524 · PMID 39012136 · 등급5 동물·현장 동물시험 · 비발암 건강영향 > 장내미생물 · 곤충 · 제형(GBH)
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초록: 비표지 연구: 생물막 형성(Biofilm formation)은 박테리아가 다양한 환경에서 번성하고 외부 압력에 저항할 수 있게 하는 일반적인 적응 기전이다. 숙주-미생물 상호작용의 맥락에서, 생물막은 동물 및 식물과 관련된 미생물군집을 확립하는 데 필수적인 역할을 하며, 기회주의적 미생물들이 숙주 내 생존을 용이하게 하는 데 이용한다. 생물막 역학, 구성 및 환경 스트레스 요인에 대한 반응을 조사하는 것은 건강 및 질병 상태에서 미생물 군집 조립과 생물막 조절을 이해하는 데 중요하다. 본 연구에서는 꿀벌(Apis mellifera) 장내 미생물총의 핵심 구성원들의 생체 내 정착 및 시험관 내 생물막 형성 능력을 탐구하였다. 또한, 항균 특성을 가진 광범위하게 사용되는 제초제인 글리포세이트와 글리포세이트계 제초제 제형이 꿀벌 장내 공생균뿐만 아니라 다양한 동물 및 식물과 관련된 다른 생물막 형성 박테리아의 성장 및 생물막 형성에 미치는 영향을 평가하였다. 우리의 결과는 여러 균주의 핵심 꿀벌 장내 세균 종들이 꿀벌 장에 정착할 수 있음을 보여주었으며, 이는 아마도 이들의 생물막 형성 능력에 달려 있는 것으로 보인다. 더욱이, 글리포세이트 노출은 박테리아의 성장 및 생물막 형성에 가변적인 영향을 미친다. 일부 사례에서는 이러한 영향이 시키미산 경로에서 글리포세이트에 의해 억제되는 감수성 또는 내성 효소 유전자를 보유하는 박테리아의 능력과 상관관계가 있었다. 그러나 다른 사례에서는 그러한 상관관계가 관찰되지 않았다. 제초제 제형을 추가로 테스트하는 것은 비교를 더욱 복잡하게 만들며, 결과들이 종종 글리포세이트 노출만으로 얻은 결과와 다르게 나타나, 공용매(co-formulants)가 박테리아의 성장과 생물막 형성에 영향을 미침을 시사한다. 이러한 발견들은 환경 스트레스 요인이 미생물 생물막에 미치는 미묘한 영향들을 강조하며, 이는 생태학적 및 숙주 건강 관련 함의를 모두 가진다. 중요성: 생물막은 미생물 군집이 다양한 환경에서 정착하고 번성하는 데 필수적이다. 꿀벌 장내에서는 핵심 미생물인 Snodgrassella alvi가 생물막을 형성하며, 이는 다른 구성원의 확립을 도우며 숙주와의 상호작용을 촉진할 수 있다. 본 연구에서는 Bifidobacterium, Bombilactobacillus, Gilliamella, Lactobacillus를 포함한 다른 핵심 구성원들의 특정 균주들 역시 시험관 내에서 생물막을 형성함을 보여준다. 이후, 꿀벌 미생물총을 교란할 수 있는 광범위하게 사용되는 제초제인 글리포세이트가 박테리아의 성장 및 생물막 형성에 미치는 영향을 조사하였다. 우리의 발견은 글리포세이트가 생물막 형성에 미치는 다양한 영향, 즉 억제부터 강화에 이르기까지를 보여주며, 이는 동물 및 식물과 관련된 다른 유익하거나 병원성 박테리아에서 관찰된 것들을 반영한다. 따라서 글리포세이트 노출은 박테리아의 성장과 생물막 형성에 영향을 미쳐, 숙주 표면에서의 미생물 정착을 형성하고 건강 결과에 영향을 줄 수 있다.ORIGINAL ABSTRACT
UNLABELLED: Biofilm formation is a common adaptation enabling bacteria to thrive in various environments and withstand external pressures. In the context of host-microbe interactions, biofilms play vital roles in establishing microbiomes associated with animals and plants and are used by opportunistic microbes to facilitate survival within hosts. Investigating biofilm dynamics, composition, and responses to environmental stressors is crucial for understanding microbial community assembly and biofilm regulation in health and disease. In this study, we explore in vivo colonization and in vitro biofilm formation abilities of core members of the honey bee (Apis mellifera) gut microbiota. Additionally, we assess the impact of glyphosate, a widely used herbicide with antimicrobial properties, and a glyphosate-based herbicide formulation on growth and biofilm formation in bee gut symbionts as well as in other biofilm-forming bacteria associated with diverse animals and plants. Our results demonstrate that several strains of core bee gut bacterial species can colonize the bee gut, which probably depends on their ability to form biofilms. Furthermore, glyphosate exposure elicits variable effects on bacterial growth and biofilm formation. In some instances, the effects correlate with the bacteria's ability to encode a susceptible or tolerant version of the enzyme inhibited by glyphosate in the shikimate pathway. However, in other instances, no such correlation is observed. Testing the herbicide formulation further complicates comparisons, as results often diverge from glyphosate exposure alone, suggesting that co-formulants influence bacterial growth and biofilm formation. These findings highlight the nuanced impacts of environmental stressors on microbial biofilms, with both ecological and host health-related implications. IMPORTANCE: Biofilms are essential for microbial communities to establish and thrive in diverse environments. In the honey bee gut, the core microbiota member Snodgrassella alvi forms biofilms, potentially aiding the establishment of other members and promoting interactions with the host. In this study, we show that specific strains of other core members, including Bifidobacterium, Bombilactobacillus, Gilliamella, and Lactobacillus, also form biofilms in vitro. We then examine the impact of glyphosate, a widely used herbicide that can disrupt the bee microbiota, on bacterial growth and biofilm formation. Our findings demonstrate the diverse effects of glyphosate on biofilm formation, ranging from inhibition to enhancement, reflecting observations in other beneficial or pathogenic bacteria associated with animals and plants. Thus, glyphosate exposure may influence bacterial growth and biofilm formation, potentially shaping microbial establishment on host surfaces and impacting health outcomes.| 저자 | Motta, E. V. S.; de Jong, T. K.; Gage, A.; Edwards, J. A.; Moran, N. A. |
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| 저널 | Applied and environmental microbiology |
| 권·호·쪽 | 90(8), e0051524 |
| PMID | 39012136 |
| DOI | 10.18129/B9.bioc.MicrobiomeProfiler |
| MeSH | Animals; Glyphosate; Biofilms; Bees; Glycine; Gastrointestinal Microbiome; Herbicides; Bacteria; Symbiosis; Bacterial Physiological Phenomena |