Assessment of the effects of wildfire ashes on bacterial isolates from the skin microbiome of Iberian frog (Rana iberica)

Abstract

Amphibian populations have been declining worldwide due to factors such as climate change, emerging infectious diseases and habitat destruction. The skin of amphibians harbors a large bacterial community, called the skin microbiome, which plays an essential role in the immune system and is shaped by interactions between the host and its environment. Amphibians are particularly sensitive to changes in their environment because of their physiological traits and reduced mobility. Forest fires are especially threatening to amphibians, as they are highly dependent on streams, which are often affected by ash- associated contaminants transported by surface runoff after fires. Still, studies evaluating the effects of these contaminants on the amphibian skin microbiome are inexistent. Considering the most recent scenarios of climate changes and the foreseen increase in the number and intensity of forest fires, it becomes ecologically relevant to evaluate the effects of ash-contaminants on the bacterial community of the amphibians’ skin. Thus, the main objective of this study was to evaluate the effects of eucalyptus (Eucalyptus globulus) ashes from wildfires of different severity (moderate and high) on the bacteria of the skin microbiome of the species Rana iberica. To achieve this goal, cultivable bacteria from the skin of adult individuals of R. iberica were isolated and those with antimicrobial activity against the agent Aeromonas salmonicida were identified. The bacteria with antimicrobial activity were then, exposed to a series of dilutions of eucalyptus aqueous ash extracts (AAEs) from moderate and high severity wildfires. The results showed that most of the bacteria with antimicrobial activity in the skin microbiome of R. iberica belong to the Pseudomonas genus. Exposure to AAEs had inhibitory, stimulatory or no effect on the growth of bacteria on R. iberica skin. An increase in the concentration of AAEs translates into an increase in the number of bacteria whose growth is inhibited. When exposed to AAEs at a concentration ≥50%, more than half of the isolated bacteria demonstrated significant growth inhibition for both AAEs of Eucalyptus high and moderate severity fires. Ashes from the high severity fires showed higher toxicity than those of moderate severity. This study revealed that wildfires may affect the bacterial community of the skin microbiome of R. iberica, which might contribute to the decline of this species, and likely to other amphibian species.

Tem-se observado um declínio populacional dos anfíbios a nível mundial, devido a fatores como as mudanças climáticas, as doenças infeciosas emergentes e a destruição de habitats. A pele dos anfíbios alberga uma larga comunidade bacteriana, designado por microbioma da pele, que desempenha um papel essencial no sistema imunitário e é moldado pelas interações entre o hospedeiro e o seu ambiente. Os anfíbios são particularmente sensíveis às mudanças no seu ambiente devido aos seus traços fisiológicos e mobilidade reduzida. Os incêndios florestais são especialmente ameaçadores para os anfíbios, uma vez que estes são altamente dependentes de cursos de água, os quais são frequentemente afetados pelos contaminantes associados às cinzas transportados pela escorrência superficial após os incêndios. Ainda assim, o estudo dos efeitos destas substâncias contaminantes no microbioma da pele dos anfíbios tem sido descurado. Considerando isto, e tendo também em conta a aceleração das mudanças climáticas e a previsão de aumento do número e da intensidade dos incêndios florestais, torna-se ecologicamente relevante avaliar os efeitos que estes podem ter na comunidade bacteriana da pele dos anfíbios. Assim, o principal objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de cinzas de incêndios florestais nas bactérias do microbioma da pele dos anfíbios da espécie Rana iberica, considerando cinzas de eucalipto (Eucalyptus globulus) provenientes de incêndios com diferente severidade (alta e moderada). Num primeiro passo foram isoladas as bactérias cultiváveis presentes na pele de indivíduos adultos e identificadas aquelas com atividade antimicrobiana face ao agente Aeromonas salmonicida, tendo-se observado que a maior parte das bactérias pertence ao género Pseudomonas. Num segundo passo, as bactérias com atividade antimicrobiana foram expostas a uma série de diluições de extratos aquosos de cinzas (EACs) de eucalipto, provenientes de incêndios de severidade média e alta. Os resultados demonstram que as cinzas podem ter efeito inibidor, estimulante ou nulo no crescimento das bactérias da pele de R. iberica, tendo-se observado que um aumento da concentração de EACs se traduz num aumento do número de bactérias cujo crescimento é inibido. Quando expostas a diluições ≥50% de ambos os tipos de extratos de cinza, mais de metade das bactérias isoladas demonstrou uma inibição significativa no crescimento. Além disso, as cinzas do incêndio de alta severidade apresentaram uma maior toxicidade do que as de severidade moderada. Este estudo realça que os incêndios florestais podem afetar a comunidade bacteriana do microbioma da pele de R. Iberica e, consequentemente, contribuir para o declínio da população desta espécie, e provavelmente, de outras espécies de anfíbios.