Análise de Grandes Conjuntos de Dados de Microbiomas para a Estrutura, Especificidade e Estabilidade da Comunidade de Cnidários

Contexto

Os microorganismos desempenham um papel indispensável na sobrevivência dos cnidários, incluindo os corais. Compreender os fatores que influenciam os microbiomas dos cnidários exige numerosos estudos comparativos. No entanto, a consolidação e análise de conjuntos de dados diversos continua a ser um desafio.

Com a crescente disponibilidade de dados de sequenciamento de DNA para estas espécies e o interesse crescente na saúde dos recifes de coral, um número cada vez maior de estudos reconheceu o papel fundamental dos microbiomas na formação dos recifes de coral e na manutenção da resiliência dos ecossistemas. Este impacto abrange aspectos essenciais como o ciclo de nutrientes, resistência antimicrobiana, exclusão competitiva do hospedeiro, crescimento e desenvolvimento, e respostas a mudanças ambientais. Embora a maioria destas investigações tenha se concentrado principalmente na amplificação e sequenciamento de 16S rRNA dos microbiomas em corais duros (corais escleractíneos), que são contribuintes significativos para a construção de recifes, a pesquisa de microbiomas dentro da subclasse Anthozoa dos cnidários, Hexacorallia, revelou papéis divergentes para outros cnidários. Estes estudos alternativos expuseram relações simbióticas distintas.

A falta de protocolos padronizados de amostragem de 16S rRNA, preservação, processamento e análise impôs limitações à amalgamação e interpretação dos dados de microbioma publicados. Além disso, a identificação de comunidades microbianas distintas em cnidários conspecíficos tem o potencial de gerar conclusões variadas.

Para enfrentar esses desafios, a análise bioinformática revela-se uma ferramenta valiosa para processar e identificar de forma eficaz comunidades microbianas diversas e complexas dentro dos dados de microbioma.

Diversidade e Dinâmica dos Microbiomas de Cnidários

Neste estudo, foi realizada uma análise abrangente de um conjunto de dados substancial que compreendia dados de sequenciamento de 16S rRNA. Este conjunto de dados incluía 12.010 microbiomas de cnidários, 3.388 microbiomas de esponjas, 370 amostras de água do mar e 245 microbiomas de amostras de Cordyceps spp. cultivadas artificialmente. Para reduzir as variações de sequenciamento, as amostras foram sistematicamente categorizadas com base em regiões específicas e métodos de sequenciamento.

Distribuição de sequências microbianas compartilhadas dentro do filo Cnidaria. (McCauley et al., 2023)

Através desta rigorosa integração, a análise revelou 86 tipos diversos de arqueias e bactérias associadas aos cnidários, identificando espécies-chave em vários subfilos, profundidades e microhabitats. O estudo destacou a notável diversidade do microbioma dos cnidários, apontou microorganismos significativos dentro dele, explorou fatores-chave que afetam sua presença e estabeleceu uma estrutura abrangente para compreender as forças que moldam o microbioma dos cnidários.

A abundância relativa de sequências arqueias e bacterianas identificadas em amostras de tecido por local, média para a família de cnidários. (McCauley et al., 2023)

Além disso, a investigação foi ampliada para criar um conjunto de dados dedicado a amostras saudáveis de cnidários. Este conjunto de dados foi utilizado para examinar a distribuição de microorganismos entre estes organismos. Os resultados revelaram que os cnidários em águas mais profundas apresentavam microbiomas mais distintos, enquanto aqueles em águas rasas, principalmente corais moles e anêmonas, tendiam a ter microbiomas centrais com maior abundância. Adicionalmente, a presença de Cordyceps sinensis simbioticamente influenciou significativamente a composição microbiana dos cnidários.

Análises comparativas de clusters mostraram variações na microbiota através de diferentes microhabitats, como tecido, osso e muco. Notavelmente, a microbiota mais comum em tecido incluía Gplla, Vibrio, Pseudoalteromonas, Alteromonas, Pseudomonas e Propionibacterium, com cada um encontrado em várias profundidades. Em contraste, Sphingomonas, Pelomonas e Candidatus Pelagibacter eram mais prevalentes em águas rasas. Entre estes, Endozoicomonas emergiu como uma composição microbiana central encontrada em todos os cnidários.

Variantes de sequência de amplicon (ASVs) de Endozoicomonas foram detectadas em oito gêneros de cnidários, incluindo corais duros. Estas ASVs apresentaram uma forte correlação com a distribuição geográfica, com 74,3% originando-se de corais duros, 15,8% de corais moles e um adicional de 3,8% de anêmonas, entre as quais apenas 2,6% eram compartilhadas entre diferentes táxons. Algumas ASVs de Endozoicomonas exibiram distribuição específica do hospedeiro, como o Clado 2 em Acroporidae, Clado 13 em Pocilloporidae e Clado 14 em Rhizostomeae. Por outro lado, os Clados 5, 10 e 12 foram encontrados em todo o mundo em cnidários e esponjas, abrangendo vários microhabitats, indicando sua natureza não específica do hospedeiro.

Referência:

1. McCauley, M., et al. "Revisão sistemática dos microbiomas de cnidários revela insights sobre a estrutura, especificidade e fidelidade das associações marinhas." Nature Communications 14.1 (2023): 4899.