科學家發現新的益生菌可保護珊瑚免受神秘的破壞性疾病的影響
來自史密森國家自然歷史博物館的科學家們發現了第一個能夠治療和避免石珊瑚組織損失病(SCTLD)的有效細菌益生菌。自2014年以來,這種神秘的疾病已經對佛羅里達州的珊瑚礁造成了嚴重的破壞,並迅速滲透到加勒比地區。
佛羅里達州勞德代爾堡附近的一個珊瑚礁上,一個明顯健康的大星珊瑚群(Montastraea cavernosa)的珊瑚蟲特寫。每個珊瑚蟲嘴巴周圍的觸角有助於捕獲食物顆粒供珊瑚食用。棕色的顏色來自生活在珊瑚組織中的共生微藻(Symbiodiniaceae)。資料來源:瓦萊麗-保羅
研究人員的研究結果發表在《通信生物學》雜誌上。它為目前使用的廣譜抗生素–阿莫西林提出了一個有希望的替代方案。雖然阿莫西林是迄今為止唯一經過驗證的治療該疾病的方法,但它具有培養抗生素耐藥菌的潛在風險。
SCTLD困擾著至少二十幾種所謂的硬珊瑚,它們為無數具有經濟和內在價值的魚類和海洋動物提供了必要的棲息地,同時也有助於保衛海岸線免受風暴破壞。自2014年在佛羅里達州發現以來,至少有20個國家確認了SCTLD的病例。這種疾病的確切原因仍然未知,但一旦珊瑚被感染,其珊瑚蟲群會在數週內死亡。
佛羅里達州的這個大星珊瑚群(Montastraea cavernosa)上剩餘的活體組織正被石珊瑚組織損失病(SCTLD)所破壞。圍繞著深棕色的活珊瑚組織的明亮的白色邊緣是珊瑚因該疾病而白化和死亡的地方。
“它把珊瑚組織吃掉了,”佛羅里達州皮爾斯堡史密森海洋站的首席科學家、該研究的高級作者瓦萊麗-保羅說。”活的組織脫落了,留下的只是一個白色的碳酸鈣骨架。”
保羅已經研究珊瑚礁幾十年了,但她決定在2017年”全力以赴”研究SCTLD,因為它是如此致命,如此不為人知,並且傳播得如此之快。
在探究這種疾病是如何傳播的時候,保羅和一個包括來自佛羅里達大學的研究人員在內的團隊發現,一些大星珊瑚(Montastraea cavernosa)的碎片迅速出現SCTLD的特徵性病變並死亡,但其他碎片根本就沒有生病。儘管SCTLD的確切原因尚不清楚,但抗生素作為一種治療手段的有效性表明,致病菌在某種程度上參與了該疾病的進展。
出於這個原因,研究人員收集了一對抗病的大星珊瑚碎片上自然發生的非致病細菌的樣本進行進一步測試。通過這些樣本,研究小組旨在確定哪些(如果有的話)自然發生的微生物在保護一些大星珊瑚免受SCTLD的影響。
仔細觀察一塊患病的大星珊瑚(Montastraea cavernosa),該珊瑚已被切割,準備在水族箱中進行測試和治療。左邊的白色珊瑚骨架顯示兩個珊瑚蟲已經死於石珊瑚組織損失病(SCLTD)。
首先,研究小組利用以前從感染SCTLD的珊瑚中分離出來的三種有害細菌菌株,對來自抗病珊瑚的222種細菌菌株進行了抗菌性能測試。該研究的主要作者、北卡羅來納大學威爾明頓分校助理教授Paul和Blake Ushijima曾是史密森尼海洋站的George Burch研究員,他們發現83個菌株具有一定的抗菌活性,但其中一個特別突出,即McH1-7。
研究小組隨後進行了化學和基因分析,以發現McH1-7的抗生素特性背後的化合物以及這些化合物的生產基因。最後,研究人員用大星珊瑚的活體測試了McH1-7。這些實驗室試驗提供了最後一點決定性的證據: McH1-7在22個受感染的珊瑚碎片中阻止或減緩了疾病的發展,更值得注意的是在所有12個傳播實驗中阻止了疾病的蔓延,這是抗生素所不能做到的。
展望未來,保羅說,如果這種益生菌要在野外大規模使用,就需要努力改進輸送機制。目前,應用這種珊瑚益生菌的主要方法基本上是將珊瑚包裹在一個塑料袋中,形成一個小型水族館一樣的封閉環境,然後注入有益的細菌。也許更重要的是,從大星珊瑚中分離出來的細菌菌株是否會對其他種類的珊瑚產生同樣的治療和預防作用,還有待觀察。
保羅說,這種新發現的益生菌有可能幫助佛羅里達州陷入困境的珊瑚,而不會有無意中產生抗生素耐藥菌的危險,這代表了一些迫切需要的好消息。在海洋酸化、珊瑚白化、污染和疾病之間,有很多方法可以殺死珊瑚。我們需要盡一切努力來幫助它們,這樣它們才不會消失。