Tutkimus avaa mahdollisuuksia selvittää mikrobiyhteisöjen monimutkaisuus

"Mikrobiologiset yhteisöt johtavat maailmaa, "sanoo Jo Handelsman, Wisconsin-Madisonin yliopiston Wisconsin Discovery -instituutin johtaja.

"Ihmiset nauravat aina, kun sanon sen, "hän lisää." Mutta se on totta. "

Uusi rikas ymmärryksemme mikrobiyhteisöistä ja niiden vaikutuksesta ihmisten terveyteen tai sadon tuottavuuteen on johtanut unelmaan muuttaa nämä yhteisöt tuottamaan hyötyä. Tätä unelmaa tavoittelemalla, miljoonat amerikkalaiset käyttävät nyt probiootteja, hyödyllisiä mikrobeja, joiden he toivovat parantavan suolistoaan.

Mutta näiden mikrobiomien valtava monimutkaisuus ja joustavuus jättävät tutkijat epävarmoiksi siitä, miten voidaan tuottaa ennustettavia ja pitkäaikaisia ​​muutoksia parempaan.

Handelsmanin ja hänen yhteistyökumppaneidensa uusi tutkimus käsittelee tätä monimutkaisuutta. Tiimi kehitti yhteisön nimeltä THOR, kolme soijapavuista eristettyä ja yhdessä kasvatettua bakteerilajia. Monimutkainen mikrobien yhteisö kehitti yhdessä uusia käyttäytymismalleja, joita yksittäisten jäsenten perusteella ei voitu ennustaa - ne kasvattivat kovempia rakenteita, joita kutsutaan biofilmeiksi, muuttaneet tapaa, jolla he liikkuvat ympäristössään, ja kontrolloi uuden antibiootin vapautumista.

Jokaisella THORin kolmesta jäsenestä on sekvensoitu genomi, ja käytettävissä on joukko työkaluja bakteerien tutkimiseksi helposti eristyksissä ja yhdessä, joka avaa mahdollisuuksia selvittää THORin ja muiden mikrobien yhteisöjen monimutkaisuutta. Näiden mikrobiomien parempi ymmärtäminen voisi auttaa tutkijoita selvittämään, miten niitä voidaan parantaa.

Teos julkaistaan ​​lehdessä 5. maaliskuuta mBio . Työtä johti Handelsman lab -tohtorin tutkija Gabriel Lozano UW-Madisonin kasvipatologian osaston yhteistyökumppaneiden kanssa, Yalen yliopisto ja muut laitokset.

Ukkonen nimi THOR tulee yhteisön jäseniltä:The Hitchhikers Of Rhizosphere. Vuosia sitten, Handelsmanin laboratorio huomasi, että useita bakteereja tuli matkalle, kun tavallisten Bacillus -bakteerien jäsenet eristettiin soijapapujen juurien mikrobiomista, tunnetaan rizosfäärinä. Nämä liftaajat näkivät itsensä vasta, kun Bacillus -bakteereita kasvatettiin kylmässä useita viikkoja.

Nämä tiukat yhteydet eri lajien välillä viittaavat siihen, että ne voisivat toimia malliyhteisönä testatakseen kuinka monimutkaisia ​​piirteitä syntyy, kun useilla lajeilla on sama tila. Tutkijat asettuivat Pseudomonas- ja Flavobacterium -bakteeriryhmien lajeihin kasvamaan ja tutkimaan Bacilluksen rinnalla.

Yhdistetty, THOR:n jäsenet ylistivät noin 15 000 geeniä ja pystyivät tuottamaan tuhansia pieniä molekyylejä, luoda "monimutkaisuuskerroksia" ajan ja avaruuden yli, sanoo Handelsman.

Yksin kasvatettuna, THOR:n Pseudomonas -jäsen tuottaa biofilmin, runsas rakenne, joka suojaa bakteereja ympäristöltä. Biokalvot puristavat lääketieteessä käytettäviä implantteja ja tekevät bakteereista resistenttejä antibiooteille. Kun kaikki kolme THOR -jäsentä kasvoivat yhteen, yhteisö tuotti kaksi kertaa enemmän biofilmiä ja biokalvo kesti kauemmin kuin silloin, kun Pseudomonas oli yksin.

"Vaikka niiden väestö on pieni, nämä muut lajit synnyttävät suurempia biokalvoja, "Handelsman sanoo.

Myös muita monimutkaisia ​​piirteitä ilmeni THORissa. Bacillus -jäsen vähensi Pseudomonasin valmistamien antibioottien tuotantoa, suojaavat Flavobacteriumia niiden vaikutuksilta. Ja muut THOR:n jäsenet saivat Bacillus -pesäkkeet kasvamaan ulos kuin puun oksat, leviää muiden bakteerien päälle ja ympärille monimutkaisina kuvioina.

Monet pyrkimykset manipuloida mikrobiomeja keskittyvät ihmisten terveyden parantamiseen, ja THORin kaltaiset malliyhteisöt voisivat auttaa tutkijoita ymmärtämään, kuinka monimutkaisia ​​mikrobisuhteita voidaan muuttaa hyödyttämään meitä.

Mutta THORin tiedot kasvien juurien mikrobiomista, risosfääri, on yhtä tärkeää. Risosfääri auttaa liimaamaan maaperän yhteen, eroosion estämiseksi. Ja maaperä sitoo kolme kertaa enemmän hiiltä kuin kelluu ilmakehässä, joten se on tärkeä tekijä ilmastonmuutoksen torjunnassa. Tietäen kuinka yksittäiset mikrobit kokoontuvat tuottamaan rikkaita, maaperän mikrobiomin monimutkainen käyttäytyminen voi olla avain näiltä näkymättömiltä yhteisöiltä saatavan hyödyn maksimoimiseksi.

"Se on yksi kriittisimmistä suhteistamme, "Handelsman sanoo.

• Peräsuolen syövän rutiiniseulonta ja varhainen havaitseminen voivat pelastaa ihmishenkiä
• Rokotuksen vastaiset aktivistit käyttävät väärin uusia tieteellisiä läpimurtoja hyödyllisistä mikrobeista