Microbiomas e metabolomas de produtores primários dominantes de recifes de coral ilustram um papel potencial para imunolipídios em simbioses marinhas

Biologia das Comunicações, volume 6, número do artigo: 896 (2023) Citar este artigo

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Os produtores primários bentônicos dominantes nos ecossistemas de recifes de coral são holobiontes complexos com diversos microbiomas e metabolomas. Neste estudo, caracterizamos os metabolomas e microbiomas dos tecidos de corais, macroalgas e algas coralinas crustosas por meio de um levantamento sinóptico intensivo e replicado de um único sistema de recife de coral (Waimea Bay, O'ahu, Havaí) e usamos esses resultados para definir associações entre microbiomas táxons e metabólitos específicos para diferentes hospedeiros. Nossos resultados quantificam e restringem o grau de especificidade do hospedeiro dos metabolomas e microbiomas teciduais, tanto em nível de filo quanto de gênero. Tanto o microbioma quanto os metabolomas eram distintos entre calcificadores (corais e CCA) e macroalgas eretas. Além disso, nossas investigações multi-ômicas destacam vias comuns de resposta imune baseadas em lipídios em organismos hospedeiros. Além disso, observamos forte covariação entre vários táxons microbianos específicos e classes de metabólitos, sugerindo novos papéis metabólicos da simbiose a serem explorados posteriormente.

As comunidades bentônicas de recifes de coral em habitats tropicais rasos são dominadas por três tipos principais de produtores primários: corais de recife hermatípicos (Cnidaria na ordem Scleractinia), algas coralinas crustosas (CCA; Rhodophyta na ordem Corallinales) e vários tipos de macroalgas. Além de servirem como fontes para a maior parte da produtividade primária nos recifes1,2, estes produtores primários controlam em conjunto a acumulação de recifes através da calcificação e dissolução, determinando o habitat e a arquitectura dos recifes cruciais para a biodiversidade3,4,5. A ecologia química das assembleias bentônicas tem sido amplamente estudada há décadas, com avanços notáveis ​​em áreas como interações alelopáticas entre corais e algas6,7, composição e biodisponibilidade de exsudatos de matéria orgânica dissolvida8,9,10,11,12,13, química comunicações necessárias para simbioses dentro do holobiont de coral12,14,15, e compostos de sinalização produzidos pelo CCA e/ou seus consórcios microbianos que atuam como principais sinais de assentamento larval para corais e outros invertebrados16. Juntos, eles atuam como hospedeiros de uma comunidade diversificada de táxons microbianos em recifes de coral, que inclui importantes produtores primários, como cianobactérias, e consumidores, como bactérias heterotróficas, que são capazes de reciclar matéria orgânica dissolvida.

Os métodos atuais em metabolômica não direcionada facilitaram a análise rápida de milhares de compostos conhecidos e desconhecidos de centenas a milhares de amostras 18, o que permite que a metabolômica comparativa investigue como a ecologia química dos organismos varia entre as espécies 19. Identificar classes de compostos que são partilhados ou distintos entre espécies é o primeiro passo para compreender a evolução e a função destes compostos dentro e entre ecossistemas. Além disso, restringir e contextualizar o meio químico de um organismo “saudável” é importante para desenvolver uma linha de base contra a qual interrogar quimicamente um organismo em busca de sinais de estresse ou doença20,21,22. A comparação dos metabolomas de organismos que são críticos para o funcionamento do ecossistema (ou seja, engenheiros de ecossistemas) está prestes a tornar-se um componente crucial da gestão baseada em ecossistemas e na resiliência23,24. A metabolômica comparativa ajudará a definir e caracterizar o crosstalk químico que controla a biogeoquímica e a função de habitats marinhos críticos, como os recifes de coral.

A maior diversidade de genes funcionais em macroorganismos é encontrada em seus microbiomas: a coleção de eucariontes unicelulares simbióticos, bactérias, arquéias e vírus que habitam os tecidos e superfícies de todas as plantas e animais25. Ligar a estrutura do microbioma à composição de metabólitos de organismos distintos em interação pode revelar as fontes e a dinâmica dos metabólitos nos ecossistemas26. O fato de um determinado composto ou metabólito estar associado a um clado específico de microrganismos ou a um hospedeiro específico nos ajudará a compreender as simbioses em sistemas complexos onde os processos microbianos são críticos. No caso dos holobiontes, os metabólitos são coproduzidos pelos processos bioquímicos interligados do hospedeiro e dos micróbios. À medida que a metabolômica não direcionada busca anotar e compreender melhor os diversos compostos que compõem o metabolismo biológico, cada associação definida de compostos não caracterizados dentro de um micróbio ou hospedeiro avança nossa compreensão da ecologia bioquímica.