Estudo de metagenômica e de metabolismo oxidativo comparativo em quatro espécies de morcegos com diferentes hábitos alimentares

Abstract

Bats are important ecological and economic agents because they play a crucial role in reforestation, pollinators and seed dispersers, act in pest control and are also agents that disseminate zoonoses. They are the only free-flying mammals known to have diverse eating habits. In the present study we intend to understand and compare how pro-oxidant or antioxidant diets modify the oxidative metabolism and the composition of the intestinal microbiota using bats as a non-canonical experimental model of studies, because they have strict and extreme diets and organs such as heart and liver, using four Neotropical bat species from Brazil, namely: Glossophaga soricina, Sturnira lilium, Molossus molossus and Desmodus rotundus, with different eating habits and investigate the relationship between their different diets, microbiota and oxidative state. Diverse eating habits are thought to be reflected in the composition and function of your gut microbiota, which play important roles in nutrient acquisition, immune function, and overall health. Our findings demonstrate that dietary habits can have a significant impact on the diversity and composition of the intestinal microbiota of bats, as observed in alpha diversity, where there were significant differences for Shannon (p = 0.001) and Simpson (p = 0.001), showing a greater diversity of bacterial microorganisms in nectarivorous and insectivorous species compared to frugivorous and hematophagous species. Analysis of the functional pathways in the gut microbiota of the four bat species revealed significant differences in their metabolic potential related to their feeding niches, for example, high abundance of deoxyribonucleotide biosynthesis (biosynthesis of deoxyribonucleotides and adenosine ribonucleotides) in vampire bats is consistent with their need for rapid DNA synthesis to obtain nutrients from the blood cells they consume. On the other hand, the differentially expressed metabolic pathways in nectarivorous and frugivorous bats were the degradation of carbohydrates (glucose, sucrose and fructose). Furthermore, the identification of potentially pathogenic bacterial genera: Bartonella, Brucella, Campylobacter, Chlamydia, Mycobacterium, Mycoplasma, Pseudomonas, among others, suggests that the transport of microbial pathogens by bats may vary depending on feeding habits and specific host factors. These findings have important conservation implications for bat communities, highlighting the need to promote diverse habitats and food sources to support these ecologically important species. In terms of oxidative damage, our findings revealed large differences between the four bat species. The activity of several antioxidant enzymes and non-enzymatic antioxidants in the heart, liver and kidneys also showed significant differences between bat species. Correlation analysis between oxidative markers and enzymatic/non-enzymatic antioxidants in heart, liver and kidney showed distinct patterns of correlations due to variations in antioxidant defense mechanisms and responses to oxidative stress in different organs. The observed differences in oxidative damage, antioxidant enzyme activities and correlations between oxidative and antioxidant markers highlight the adaptability and complexity of antioxidant defense systems in these bats. Each organ appears to have specific demands and adaptations to deal with oxidative stress based on its physiological functions and exposure to dietary components. These four species of bats cannot synthesize vitamin C, unlike most animals, thus requiring this vitamin to be obtained from the diet. When analyzing and comparing the levels of vitamin C in the four species of bats (regardless of the organ), no significant differences were observed. However, when analyzing and comparing vitamin C levels in the four organs (regardless of species), significant differences were observed, with the highest concentrations in the heart, followed by the liver and brain, while the lowest concentration was measured in the kidneys. Additional differences in Vitamin C levels were only observed when each organ was analyzed according to species/diet. These results indicate a high degree of redox homeostasis in bats, despite the marked difference in diet type. The implications of our study go beyond the scope of bat biology and provide insight into the broader field of oxidative metabolism, microbiota, and public health.

Os morcegos são importantes agentes ecológicos e econômicos por desempenharem e um papel crucial no reflorestamento polinizadores e dispersores de sementes, atuam no controle de pragas e também são agentes disseminadores de zoonoses. São os únicos mamíferos com voo livre, conhecidos por terem hábitos alimentares diversos. No presente estudo pretendemos compreender e comparar como dietas pró-oxidantes ou antioxidantes modificam o metabolismo oxidativo e a composição da microbiota intestinal utilizando morcegos como modelo experimental não canônico de estudos, por eles possuírem dietas estritas e extremas e órgãos como coração e fígado, utilizando quatro espécies morcegos neotropicais do Brasil, a saber: Glossophaga soricina, Sturnira lilium, Molossus molossus e Desmodus rotundus, com diferentes hábitos alimentares e investigar a relação entre suas diferentes dietas a microbiota e estado oxidativo. Acredita-se que os diversos hábitos alimentares se reflitam na composição e função de sua microbiota intestinal, que desempenha papéis importantes na aquisição de nutrientes, função imunológica e saúde geral. Nossas descobertas demonstram que os hábitos alimentares podem ter um impacto significativo na diversidade e composição da microbiota intestinal dos morcegos, como observado na diversidade alfa, onde houve diferenças significativas para Shannon (p = 0,001) e Simpson (p = 0,001), mostrando uma maior diversidade de microrganismos bacterianos em espécies nectarívoras e insetívoras em comparação com espécies frugívoras e hematófagas. A análise das vias funcionais na microbiota intestinal das quatro espécies de morcegos revelou diferenças significativas em seu potencial metabólico relacionado aos seus nichos alimentares, como exemplo, alta abundância de biossíntese de desoxirribonucleotídeos (biossíntese de desoxirribonucleotídeos e de ribonucleótidos de adenosina) em morcegos hematófagos é consistente com sua necessidade de síntese rápida de DNA para obter nutrientes das células sanguíneas que consomem. Por outro lado, as rotas metabólicas expressas diferencialmente em morcegos nectarívoros e frugívoros foram as de degradação de carboidratos (glicose, sacarose e frutose). Além disso, a identificação de gêneros bacterianos potencialmente patogênicas: Bartonella, Brucella, Campylobacter, Chlamydia, Mycobacterium, Mycoplasma, Pseudomonas, entre outras, sugere que o transporte de patógenos microbianos por morcegos pode variar dependendo dos hábitos alimentares e de fatores específicos do hospedeiro. Essas descobertas têm implicações importantes para a conservação das comunidades de morcegos, destacando a necessidade de promover diversos habitats e fontes de alimento para sustentar essas espécies ecologicamente importantes. Em termos de dano oxidativo, nossos achados revelaram grandes diferenças entre as quatro espécies de morcegos. A atividade de várias enzimas antioxidantes e antioxidantes não enzimáticos no coração, fígado e rins também mostrou diferenças significativas entre as espécies de morcegos. A análise de correlação entre marcadores oxidativos e antioxidantes enzimáticos/não enzimáticos no coração, fígado e rim exibiu padrões distintos de correlações devido a variações nos mecanismos de defesa antioxidante e respostas ao estresse oxidativo em diferentes órgãos. As diferenças observadas no dano oxidativo, atividades de enzimas antioxidantes e correlações entre marcadores oxidativos e antioxidantes destacam a adaptabilidade e complexidade dos sistemas de defesa antioxidante nesses morcegos. Cada órgão parece ter demandas e adaptações específicas para lidar com o estresse oxidativo com base em suas funções fisiológicas e exposição aos componentes da dieta. Estas quatro espécies de morcegos não conseguem sintetizar a vitamina C, ao contrário da maioria dos animais, necessitando assim que esta vitamina seja obtida a partir da dieta. Ao analisar e comparar os níveis de vitamina C nas quatro espécies de morcegos, (independente do órgão), não foram observadas diferenças significativas. No entanto, ao analisar e comparar os níveis de vitamina C nos quatro órgãos (independente da espécie), foram observadas diferenças significativas, com as maiores concentrações no coração, seguidas do fígado e do cérebro, enquanto a menor concentração foi medida nos rins. Diferenças adicionais nos níveis de Vitamina C só foram observadas quando cada órgão foi analisado de acordo com a espécie/dieta. Esses resultados indicam um alto grau de homeostases redox em morcegos, apesar da diferença marcante no tipo de dieta. As implicações do nosso estudo vão além do escopo da biologia do morcego e fornecem informações sobre um campo mais amplo do metabolismo oxidativo, microbiota e saúde pública.