8 Minute
Noi dovezi leagă o bacterie de declinul global al stelelor de mare
Miliarde de stele de mare au pierit în urma unei epidemii marine moderne cunoscute sub numele de boala de degradare a stelelor de mare (sea star wasting disease), o afecțiune care provoacă leziuni, răsucirea brațelor, dezintegrare și moarte rapidă. După patru ani de secvențiere genetică, teste de infectare în laborator și eșantionări de teren riguroase, cercetătorii au identificat un agent patogen bacterian responsabil pentru răspândirea degradării: Vibrio pectenicida. Descoperirea rezolvă un mister îndelungat legat de unul dintre cele mai distructive evenimente de boală marină din istoria recentă și clarifică o amenințare urgentă pentru conservarea ecosistemelor costiere.
Epidemia a atras atenția pentru prima dată în noiembrie 2013 pe coasta de vest a Americii de Nord, iar evenimente similare au apărut ulterior în întreaga lume, afectând peste 40 de specii de stele de mare. Printre cele mai afectate au fost stelele-de-mare floarea-soarelui (Pycnopodia helianthoides), ale căror populații au scăzut cu peste 90% în multe regiuni. Aceste prădătoare mari, cu multe brațe — uneori până la 24, adesea vopsite în nuanțe intense de portocaliu sau violet — au dispărut în mare parte de pe țărmurile întinse de la Alaska până în Mexic. În 2020, Uniunea Internațională pentru Conservarea Naturii (IUCN) a inclus specia în lista speciilor pe cale de dispariție critică.
Simptome, evoluție și consecințe pentru ecosisteme
Boala de degradare a stelelor de mare începe, de obicei, cu mici leziuni pe exteriorul aspru al animalului. În decurs de ore până la zile, țesutul muscular se descompune, brațele se răsucesc și se pot desprinde, iar animalul se transformă într-o masă gelatinoasă. Rata mortalității este ridicată și extirparea locală poate surveni rapid. Pierderea prădătorilor precum stelele de mare a produs efecte ecologice în cascadă: fără aceștia pentru a controla populațiile de arici de mare (sea urchins), aricii au păscut excesiv pădurile de kelp, transformând habitate structurate și stratificate în vaste zone sterile, adesea numite urchin barrens.
Pădurile de kelp oferă habitate critice și susțin specii de valoare ecologică, culturală și comercială — vidre marine, foci, marsuini, numeroase specii de pești, moluște și nevertebrate — și joacă un rol important în captarea carbonului la coastă și în protecția țărmului. Colapsul populațiilor de stele de mare amplifică, prin urmare, riscurile legate de climă și biodiversitate în ecosistemele temperate de coastă.
Cum au identificat oamenii de știință agentul patogen
Identificarea Vibrio pectenicida a urmat o strategie experimentală etapizată menită să depășească mai multe provocări: țesuturile bolnave adesea nu arată agenți patogeni evidenți la examinarea histologică de rutină, indivizii sănătoși pentru controale sunt rari în natură, iar ecologia bolilor marine este mai puțin studiată decât cea terestră.
Ecologul evoluționist Melanie Prentice și colegii ei au condus șapte experimente controlate de expunere folosind stele-de-mare floarea-soarelui crescute în carantină. Indivizii sănătoși crescuți în captivitate, expuși la țesut sau fluide provenite de la exemplare bolnave, au redat secvența caracteristică a degradării și au murit, reproducând semnele bolii în condiții de laborator. Pentru a determina dacă agentul era viral sau bacterian, cercetătorii au folosit o filtrare standard de 0,22 micrometri și tratament termic: agenții virali pot trece prin astfel de filtre și adesea rezistă la tratamente termice moderate, în timp ce multe bacterii sunt reținute sau inactivate. Stelele de mare expuse la material care fusese filtrat sau tratat termic nu au dezvoltat degradare, indicând un agent bacterian.
Secvențierea ARN din indivizi infectați colectați atât în laborator, cât și din teren a relevat în mod constant semnături genetice ale Vibrio pectenicida, o specie deja cunoscută pentru infectarea larvelor de scoici și a stridiilor. Echipa a izolat un anumit tulpină, FHCF-3, și a folosit-o pentru a infecta stele sănătoase. Animalele infectate au dezvoltat rapid același răsucire, înmuiere și pierdere a brațelor observate în mediul natural, îndeplinind criteriile experimentale de infectare și confirmând bacteria drept agent cauzal.
Aspecte metodologice cheie
Metodele esențiale au inclus utilizarea de controale crescute în captivitate, teste de filtrare și rezistență la căldură pentru a discrimina între virus și bacterie, secvențiere RNA țintită pentru identificarea candidaților patogeni și izolare bazată pe cultură urmată de infectări experimentale pentru stabilirea relației de cauzalitate.
Cercetătorii au remarcat că Vibrio pectenicida poate evita detectarea prin histologie de rutină, posibil pentru că produce toxine care suprimă răspunsul imunitar al gazdei și lasă puține bacterii vizibile în secțiunile de țesut. Acea abilitate de a rămâne „invizibilă” explică de ce studiile timpurii au favorizat inițial ipoteza virală.
Legături cu clima și tipare geografice
Speciile din genul Vibrio sunt cunoscute pentru proliferarea în ape mai calde, iar cercetătorii suspectează că valurile termice marine asociate cu schimbările climatice antropice au intensificat izbucnirile. Unele populații de stele-de-mare floarea-soarelui persistă în habitate mai reci, adânci sau în fiorduri din British Columbia, sugerând refugii termice unde bacteria nu se poate stabili la fel de ușor. Dinamica dependentă de temperatură a creșterii Vibrio și a susceptibilității gazdei reprezintă o prioritate pentru cercetările viitoare, deoarece încălzirea oceanelor poate extinde fereastra spațială și temporală a izbucnirilor.
Genul Vibrio include, de asemenea, specii implicate în holeră la om și în boli sau albiri ale coralilor, subliniind diversitatea ecologică a acestui grup. Înțelegerea modului în care condițiile de mediu, factorii de virulență bacteriană și imunitatea gazdei interacționează va fi esențială pentru a prezice riscul viitor de boală.
Opinia experților
Dr. Elena Morales, microbiolog marin la un institut de cercetare costier, comentează: "Acest studiu oferă un model clar pentru identificarea agenților patogeni marini eluzivi. Combinația dintre secvențiere, teste controlate de expunere și teste de infectare de tip Koch a fost exact ce lipsea. Din perspectivă managerială, ar trebui să extindem monitorizarea ambientală pentru semnături moleculare ale Vibrio și să o corelăm cu date privind temperatura și nutrienții. Asta va ajuta la prezicerea punctelor fierbinți și a momentelor izbucnirilor. În paralel, eforturile de a crește stele rezistente pentru reintroducere și de restaurare a pădurilor de kelp pot reduce consecințele la nivelul ecosistemului în timp ce rafinăm strategiile de gestionare a patogenului."
Implicații pentru conservare și management
Confirmarea Vibrio pectenicida drept agentul din spatele marilor episoade de degradare reformulează strategiile de monitorizare și atenuare. Managerii pot dezvolta acum instrumente de diagnostic molecular pentru a testa populațiile sălbatice și facilitățile de acvacultură pentru această bacterie, pot îmbunătăți sistemele de avertizare timpurie legate de anomaliile de temperatură a mării și pot prioritiza protecția refuggiilor reci care ar putea adăposti populații rămase. Restaurarea activă — reproducere în captivitate, reintroducere asistată și reducerea aricilor de mare sau gestionarea pășunatului acestora — poate ajuta la refacerea pădurilor de kelp, însă succesul pe termen lung va depinde de abordarea tendințelor de încălzire care favorizează proliferarea Vibrio.
Cercetătorii subliniază că identificarea patogenului este doar primul pas. Lucrările viitoare ar trebui să cartografieze diversitatea tulpinilor, să cuantifice pragurile termice pentru infecție, să caracterizeze mecanismele de virulență, precum toxinele care suprimă imunitatea, și să testeze intervenții posibile como probiotice, vaccinuri sau tratamente localizate care ar putea proteja populațiile de valoare ridicată.
Concluzie
Descoperirea Vibrio pectenicida ca agent primar în spatele episoadelor recente de degradare a stelelor de mare reprezintă un progres major în ecologia bolilor marine. Prin combinarea supravegherii genomice, a experimentelor controlate și a izolării clasice a patogenilor, oamenii de știință au dezvăluit un vinovat bacterian care a scăpat detectării. Această perspectivă deschide căi practice pentru diagnostic, monitorizare și măsuri de conservare țintite pentru a proteja stelele-de-mare floarea-soarelui și ecosistemele de păduri de kelp care depind de ele. Pe măsură ce temperaturile oceanice continuă să crească, integrarea ecologiei bolilor cu restaurarea habitatelor și atenuarea climatică va fi vitală pentru protejarea biodiversității costiere și a serviciilor pe care aceasta le oferă.
Sursa: nature
Comentarii