益生菌可以帮助修复受损的珊瑚礁

这种不含抗生素的技术在野外有效,并利用了有益细菌的力量。
Dead coral sit on the ocean bed in the Straits of Florida near Key Largo, Florida, on September 23, 2021. The coral is very gray and white
2021 年 9 月 23 日,死去的珊瑚躺在美国佛罗里达州基拉戈岛附近佛罗里达海峡的海床上。这些珊瑚没有接受新的益生菌技术治疗,但它们展示了野外死珊瑚的样子。图片来源:Chandan Khanna/AFP via Getty Images。

益生菌无处不在,宣称可以帮助我们排便、恢复肠道健康等等。它们还可以用于帮助受威胁的珊瑚礁。一种细菌益生菌已成功减缓了佛罗里达州野生珊瑚石珊瑚组织萎缩病(SCTLD)的传播,这些珊瑚此前已感染该疾病。相关发现的详细信息已发布在《海洋科学前沿》杂志 2025 年 6 月 5 日发表的一项研究中,该研究表明,将这种新的益生菌疗法应用于整个珊瑚群落有助于防止进一步的组织损失。

什么是石珊瑚组织萎缩病(SCTLD)?

SCTLD 于 2014 年首次出现在佛罗里达州。在随后的 11 年里,它迅速传播到整个加勒比地区。这种神秘的疾病已在至少 20 个其他国家和地区得到确认。

其他珊瑚病原体通常只针对特定物种。SCTLD 感染超过 30 种不同的石珊瑚,包括柱状珊瑚和脑珊瑚。该疾病导致珊瑚的软组织脱落,留下暴露的骨骼白色斑块。该疾病可在短短几周到几个月内摧毁整个珊瑚群落。

A great star coral (Montastraea cavernosa) colony infected with stony coral tissue loss
disease (SCTLD) on the coral reef in Fort Lauderdale, FL. The lesion, where the white band of tissue occurs, typically moves across the coral, killing coral tissue along the way.
宏伟的星珊瑚(Montastraea cavernosa)群落感染了石珊瑚组织萎缩病
(SCTLD)在佛罗里达州劳德代尔堡的珊瑚礁上。病灶,即出现白色组织带的地方,通常会沿着珊瑚移动,沿途杀死珊瑚组织。图片来源:Kelly
Pitts,史密森尼学会。

SCTLD 的确切病因仍然未知,但似乎与某种有害细菌有关。目前,治疗 SCTLD 最常用的方法是在患病珊瑚上使用含有抗生素阿莫西林的药膏。然而,抗生素并非万能药。这种阿莫西林药膏可以暂时阻止 SCTLD 的传播,但需要频繁重新涂抹在珊瑚的病灶上。这需要时间和资源,同时增加了引起 SCTLD 的微生物可能对抗生素阿莫西林及相关抗生素产生耐药性的可能性。

“抗生素并不能阻止未来的疫情爆发,”该研究的合著者、佛罗里达州皮尔斯堡史密森尼学会海洋站的首席科学家 Valerie Paul 在一份声明中说。“这种疾病会迅速卷土重来,甚至会再次感染同一批经过治疗的珊瑚群落。”

寻找合适的益生菌

Paul 和她的同事们花费了六年多的时间研究有益微生物(又称益生菌)是否能成为对抗这种病原体的更持久的替代方案。

就像人类一样,珊瑚也寄生着被称为微生物群落的群体,其中充满了各种各样的细菌。其中一些微小的生物会产生抗氧化剂和维生素,有助于保持珊瑚宿主的健康。

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首先,该团队研究了对 SCTLD 具有免疫力的珊瑚的微生物群落,试图从这些抗病菌的物种中提取益生菌。理论上,这些益生菌可以用来增强易感珊瑚的微生物群落。

他们测试了来自抗病菌珊瑚的 200 多种细菌菌株,并于 2023 年发表了一项研究,介绍了益生菌解淀粉芽孢杆菌McH1-7(简称 McH1-7)。这种益生菌是从宏伟的星珊瑚(Montastraea cavernosa)中提取的,它能产生多种抗菌化合物。拥有如此强大的抗菌工具箱,使得 McH1-7 成为对抗 SCTLD 等病原体的理想选择。

他们最初在活的M. cavernosa珊瑚上测试了 McH1-7,发现该益生菌在实验室中能可靠地阻止 SCTLD 的传播。在这些成功的实验室测试之后,下一步便是走进广阔的海洋。

海洋测试

该团队在劳德代尔堡附近的一个浅礁上进行了几项实地测试,重点关注 40 个显示出 SCTLD 迹象的M. cavernosa珊瑚群落。其中一些珊瑚群落接受了含有益生菌 McH1-7 的药膏,直接涂抹在病灶上。他们用含有 McH1-7 的海 seawater 溶液处理了其他珊瑚,并用加权的塑料袋将它们覆盖。在袋子内施用益生菌,以覆盖整个珊瑚群落。

“这创造了一个小型的迷你水族馆,让益生菌围绕在每个珊瑚群落周围,”Paul 说。

在两年半的时间里,他们监测了这些珊瑚群落,进行了多轮组织和粘液样本采集,以观察珊瑚的微生物群落随时间如何变化。他们发现,通过袋子和溶液相结合的方法将 McH1-7 益生菌施用于整个珊瑚群落,成功减缓了 SCTLD 的传播。根据样本显示,该益生菌在不侵扰珊瑚自身天然微生物的情况下起到了有效作用。

Kelly Pitts, a research technician with the Smithsonian Marine Station at Ft. Pierce, Florida
and co-lead author of the study treats great star coral (Montaststraea cavernosa) colonies infected with SCTLD with probiotic strain McH1-7 by covering the coral colony in a plastic bag, injecting a probiotic bacteria solution into the bag and leaving the bag for two hours to allow for the bacteria to colonize on the coral.
Kelly Pitts,佛罗里达州皮尔斯堡史密森尼学会海洋站的研究技术员
及该研究的共同第一作者,通过将珊瑚群落套入塑料袋,将益生菌溶液注入袋中,并让袋子保持两小时,以允许细菌在珊瑚上定殖,从而治疗感染 SCTLD 的宏伟星珊瑚(Montaststraea cavernosa)群落。图片来源:Hunter Noren。

用自然对抗自然

虽然使用这种益生菌似乎是治疗佛罗里达州北部珊瑚礁 SCTLD 的有效方法,但还需要更多的工作来研究它在其他地区的适用性。在佛罗里达礁岛群的珊瑚礁上也进行了类似的测试,但初步结果喜忧参半,这可能与 SCTLD 的区域差异有关。

研究团队认为,益生菌仍然可能成为对抗加勒比地区 SCTLD 的重要工具,尤其是在科学家们不断完善施用方法的情况下。重要的是,这些有益细菌支持珊瑚自然发挥的作用。

“珊瑚本身就富含细菌,细菌组成的构成对其健康很重要,这并不奇怪,”Paul 说。“我们正在努力弄清楚哪些细菌可以使这些充满活力的微生物群落变得更强大。”

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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