Description: Wirbeltiere sind mit einer großen Zahl von Mikroorganismen assoziiert. Diese mikrobiellen Gemeinschaften tragen um Größenordnungen mehr Gene als ihre Wirte und erfüllen Funktionen, die im Genom des Wirts nicht kodiert sind. Der Magen-Darmtrakt zeichnet sich durch ein sehr diverses Mikrobiom aus. Beim Menschen wird eine verminderte mikrobielle Vielfalt im Darm mit vielen Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter Autoimmunerkrankungen, Diabetes und Fettleibigkeit. Über die Beziehung zwischen Darmmikroben und Gesundheit in wild lebenden Wirbeltierpopulationen ist jedoch nur wenig bekannt, da dort eine höhere genetische Variation und eine ausgeprägte Umweltheterogenität die Auswirkungen des Darmmikrobioms auf den Wirt modulieren oder sogar überlagern können. Diese große Lücke in unserem Wissen über die Wechselwirkungen zwischen Wirt und Mikrobiom behindert unser Verständnis von Widerstandsfähigkeit und Anpassung von wild lebenden Tieren an den Klimawandel. In diesem Projekt untersuchen wir die antarktischen Pelzrobben und wollen verstehen wie sich Veränderungen im Darmmikrobiom der Tiere auf die Fitness von unterschiedlichen Wildpopulation auswirken. Als Steuergröße wird das verringerte Nahrungsangebot für einige Wildpopulationen genutzt, dass sich durch den Klimawandel in manchen Regionen der Antarktis ergeben hat. Entsprechend untersuchen wir zwei interagierende Umweltstressoren - Nahrungsbeschränkung und soziale Dichte. Das Projekt konzentriert sich auf das kritische Entwicklungszeitfenster zwischen der Geburt und der Ernährungsunabhängigkeit und wird die Auswirkungen wichtiger intrinsischer und extrinsischer Faktoren auf das Darmmikrobiom und sein Zusammenspiel mit mehreren fitnessrelevanten Phänotypen wie Wachstum, Überleben, Stresshormonspiegel, Immunfunktion und Genexpression aufklären. Darüber hinaus wird ein kürzlich entwickelter Einzelnukleotid-Polymorphismus-Array eine robuste Bewertung der modulierenden Auswirkungen des Wirtsgenotyps ermöglichen, einschließlich der vererbbaren genetischen Variation und der genetischen Qualität, ausgedrückt als Inzucht und immunogenetische Vielfalt. Wir stellen die Hypothese auf, dass eine geringere Nahrungsverfügbarkeit die mikrobielle Vielfalt im Darm verringert und die Prävalenz mukolytischer und proinflammatorischer Taxa erhöht, was sich negativ auf die Fitness des Wirts auswirkt. Diese Auswirkungen könnten bei Individuen mit schlechter genetischer Qualität besonders ausgeprägt sein, da diese weniger effektiv in der Lage sind, schädliche Mikroben zu bekämpfen, und dies auch unter stressigen Bedingungen mit hoher Dichte. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die Kombination von phänotypische Parametern der Individuen mit mikrobiellen Daten, erstmals mechanistische Einblicke in die Wirts-Mikroben-Interaktionen einer Wildtierart möglich werden, was Vorhersagen über langfristige Populationstrends und das Management des empfindlichen Ökosystems des Südlichen Ozeans ermöglicht.
Types:
SupportProgram
Origins:
/Bund/UBA/UFORDAT
Tags:
Populationsrückgang
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Genom
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Ohrenrobbe
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Genotyp
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Genetische Variation
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Robbe
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Wirbeltier
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Resilienz
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Demografischer Wandel
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Biologie
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Stress
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Prädator
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Wildtier
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Antarktis
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Mikrobielle Vielfalt
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Gebäudefenster
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Vergleichsanalyse
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Hormon
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Mikroorganismen
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Phänotyp
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Magen-Darm-Trakt
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Evolution
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Klimafolgen
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Daten
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Klimaanpassung
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Umwelthygiene
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Kryosphäre
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Antarktisforschung
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Bevölkerungsentwicklung
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Klimawandel
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Krankheit
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Ökosystem
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Ernährungssicherheit
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Südlicher Ozean
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Region:
Bavaria
Nordrhein-Westfalen
Bounding boxes:
11.5° .. 11.5° x 49° .. 49°
6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Organisations
Time ranges:
2022-01-01 - 2025-07-31
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Understanding host-microbe interactions in a changing world: drivers and fitness consequences of the gut microbiome in a declining Antarctic pinniped
Description: Vertebrates are inhabited by vast numbers of microorganisms that are increasingly emerging as key players in their host’s biology and evolution. These microbial communities carry orders of magnitude more genes than their hosts and support functions that are not encoded in the host’s genome. Consequently, the ‘microbiome’, which includes both the microbes themselves and the molecules they produce, is of fundamental importance to host function. The richest and arguably most important microbial communities are those of the gastrointestinal tract. Reduced gut microbial diversity has been linked to many diseases in humans including autoimmune disorders, diabetes and obesity. However, little is known about the relationship between gut microbes and health in wild vertebrate populations, where higher levels of genetic variation and pronounced environmental heterogeneity may modulate or even override any effects of the gut microbiome on the host. This major gap in our knowledge of host-microbiome interactions hinders our understanding of resilience and climate change adaptation. This project will exploit an outstanding natural system, Antarctic fur seals, to investigate the fitness consequences of the gut microbiome in a wild population that is declining in response to anthropogenic reductions in food availability. Focusing on the critical developmental time window between birth and nutritional independence, it will elucidate the effects of key intrinsic and extrinsic drivers on the gut microbiome and its interplay with multiple fitness relevant phenotypes including growth, survival, stress hormone levels, immune function and gene expression. Specifically, our project will exploit a unique ‘natural experiment’ and a fully crossed repeated measures design to evaluate the effects of two interacting environmental stressors, food limitation and social density. Furthermore, a recently developed single nucleotide polymorphism array will allow robust evaluation of the modulating effects of host genotype, including heritable genetic variation and genetic quality, expressed as inbreeding and immunogenetic diversity. We hypothesise that reduced food availability will lower gut microbial diversity and increase the prevalence of mucolytic and proinflammatory taxa, negatively impacting host fitness. These effects may be especially pronounced among individuals of poor genetic quality, who may be less effective at controlling harmful microbes, as well under stressful, high density conditions. In summary, this project will combine rich individual-based life-history and phenotypic data with multi-omics approaches to produce unprecedentedly detailed and multi-layered mechanistic insights into host-microbe interactions in a declining top predator. This is essential for understanding whether gut microbes could exacerbate (or buffer) climate change impacts, and has direct implications for predicting long-term population trends and managing the Southern Ocean ecosystem.
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