Austro-KI entschlüsselt Darmmikrobiom von afrikanischen Tüpfelhyänen

Über die Interaktionen zwischen Wirt und Darmmikrobiom in Wildtier-Populationen an der Darmschleimhaut, der primären Schnittstelle, ist bisher wenig bekannt. Eine Studie unter Leitung der Veterinärmedizinischen Universität Wien erforschte nun mit Hilfe von KI das Darmmikrobiom von Tüpfelhyänen (Crocuta crocuta) im Serengeti-Nationalpark.

Das neu gewonnene Wissen verbessert laut den Forschern das Verständnis zum Darmmikrobiom, seinen Triebkräften und den Interaktionen in Wildtier-Populationen, die einer natürlichen Selektion unterliegen.

Die Forscher untersuchten Zusammenhänge zwischen dem Darmmikrobiom und mukosalen Immunmaßen unter Kontrolle von Wirts-, sozialen und ökologischen Faktoren in 199 Proben von 158 wilden Tüpfelhyänen. Die Zusammensetzung des Mikrobioms wurde mit einem Multi-Amplikon-Ansatz erhoben und fäkales Immunglobulin A und Muzin gemessen. „Probabilistische Modelle zeigten, dass beide Immunmaße die Ähnlichkeit des Mikrobioms zwischen den Individuen in einer altersabhängigen Weise vorhersagen“, erklärt Studien-Letztautorin Susana C. M. Ferreira vom Forschungsinstitut für Wildtierkunde und Ökologie (FIWI) der Vetmeduni.

Einsatz von maschinellem Lernen als Prädiktor

Diese Assoziationen waren am stärksten bei Bakterien, mittelstark bei Parasiten und am schwächsten bei Pilzgemeinschaften. Modelle des maschinellen Lernens sagten beide Immunmaße genau voraus und identifizierten die Taxa, die für diese Assoziationen verantwortlich sind: symbiotische Bakterien, die auch bei Menschen und Labormäusen vorkommen, nicht klassifizierte Bakterien, parasitäre Hakenwürmer und Pilze.

Wildtier-Populationen beherbergen laut den Forschern eine verborgene und größtenteils unbekannte Vielfalt in ihren Därmen, und ihre Immunsysteme müssen diese Gemeinschaften regulieren, indem sie Mutualisten und Kommensalen erhalten und gleichzeitig schädliche parasitäre Interaktionen reduzieren. Laut Ferreira liefert die Untersuchung an den Hyänen nun wichtige neue Informationen: „Wir konnten weitreichende und allgemeine Zusammenhänge zwischen Immunmaßnahmen und den verschiedenen Komponenten des Darmmikrobioms feststellen und jene Taxa ermitteln, die diese Zusammenhänge bestimmen.“

Co-Anpassungen im Mikrobiom als nächstes Forschungsziel

Die Studienergebnisse weisen auf die wichtige Rolle hin, die das Immunsystem sowohl bei der Abwehr als auch bei der Regulierung des Mikrobioms spielt. „Wir vermuten, dass die identifizierten Taxa eng mit dem Cross-Talk, also dem gegenseitigen Austausch und der Kommunikation, im Darm wildlebender Hyänenpopulationen verbunden und daran beteiligt sind – ein mögliches Produkt einer Co-Adaptation“, so Ferreira. Der nächste Schritt besteht laut Ferreira darin, die genetische Vielfalt und die funktionelle Profilierung von Darmmikrobiomen in natürlichen Populationen weiter zu untersuchen, um evolutionäre Aspekte solcher potenzieller Co-Anpassungen aufzudecken.