Tyrimai atveria galimybes atskleisti mikrobų bendruomenių sudėtingumą

„Mikrobų bendruomenės valdo pasaulį, “ - sako Jo Handelsmanas, Viskonsino-Madisono universiteto Viskonsino atradimų instituto direktorius.

„Žmonės visada juokiasi, kai sakau, - priduria ji. - Bet tai tiesa.

Mūsų turtingas naujas supratimas apie mikrobų bendruomenes ir jų įtaką žmonių sveikatai ar pasėlių produktyvumui paskatino svajonę pakeisti šias bendruomenes, kad būtų naudinga. Siekdamas šios svajonės, milijonai amerikiečių dabar vartoja probiotikus, naudingų mikrobų, kurie, jų nuomone, pagerins jų žarnyną.

Tačiau didžiulis šių mikrobiomų sudėtingumas ir atsparumas palieka mokslininkus nežinančius, kaip geriau numatyti numatomus ir ilgalaikius pokyčius.

Nauji „Handelsman“ ir jos bendradarbių tyrimai sprendžia šį sudėtingumą. Komanda sukūrė bendruomenę, kurią pavadino THOR, trijų rūšių bakterijos, išskirtos iš sojų pupelių šaknų ir auginamos kartu. Sudėtinga mikrobų bendruomenė kartu sukūrė naują elgesį, kurio nebuvo galima nuspėti vien iš atskirų narių - jie užaugo sunkesnėmis struktūromis, vadinamomis biofilmais, pakeitė savo judėjimo aplinką būdą, ir kontroliavo naujo antibiotiko išsiskyrimą.

Kiekvienas iš trijų THOR narių turi suskirstytą genomą, ir yra daugybė įrankių, skirtų lengvai ištirti bakterijas atskirai ir kartu, tai atveria galimybes pradėti atskleisti mikrobų bendruomenių, tokių kaip THOR ir kt., sudėtingumą. Geresnis šių mikrobiomų supratimas galėtų padėti mokslininkams išsiaiškinti, kaip juos patobulinti.

Kūrinys publikuojamas žurnale kovo 5 d mBio . Darbui vadovavo „Handelsman“ laboratorijos postdoktorantas Gabriel Lozano su bendradarbiais UW-Madisono augalų patologijos skyriuje, Jeilio universitetas ir kitos institucijos.

Griausmingas pavadinimas THOR kilęs iš bendruomenės narių:The Rhizosferos autostopai. Prieš metus, „Handelsman“ laboratorija pastebėjo, kad į kelionę atvyko kelios bakterijos, kai paprastųjų Bacillus bakterijų nariai buvo išskirti iš sojų pupelių šaknų mikrobiomos, žinomas kaip rizosfera. Šie autostopininkai pasirodė tik tada, kai Bacillus bakterijos keletą savaičių buvo auginamos šaltyje.

Šios glaudžios asociacijos tarp skirtingų rūšių rodo, kad jos galėtų būti pavyzdinė bendruomenė, išbandanti, kaip atsiranda sudėtingų bruožų, kai kelios rūšys turi tą pačią erdvę. Mokslininkai apsigyveno su rūšimis iš Pseudomonas ir Flavobacterium bakterijų grupių, kad galėtų augti ir studijuoti kartu su Bacillus.

Sujungta, THOR nariai pasigyrė apie 15, 000 genų ir galėjo pagaminti tūkstančius mažų molekulių, sukurti „sudėtingumo sluoksnius“ laikui bėgant ir erdvėje, sako Handelsmanas.

Kai auga vienas, THOR pseudomonas narys gamina bioplėvelę, širdinga struktūra, apsauganti bakterijas nuo aplinkos. Bioplėvelės sukimba medicinoje naudojamus implantus ir padaro bakterijas atsparias antibiotikams. Kai visi trys THOR nariai užaugo kartu, bendruomenė pagamino dvigubai daugiau bioplėvelės, o bioplėvelė truko ilgiau nei tada, kai Pseudomonas buvo vienas.

„Net kai jų populiacija maža, šios kitos rūšys sukelia didesnes biofilmus, “ - sako Handelsmanas.

Kiti sudėtingi bruožai atsirado ir THOR. Bacillus narys sumažino Pseudomonas pagamintų antibiotikų gamybą, apsaugoti Flavobacterium nuo jų poveikio. Kiti THOR nariai paskatino Bacillus kolonijas išaugti kaip medžio šakos, sudėtingais būdais plinta aplink ir aplink kitas bakterijas.

Daugelis pastangų manipuliuoti mikrobiomomis yra nukreiptos į žmonių sveikatos gerinimą, ir modelinės bendruomenės, tokios kaip THOR, galėtų padėti mokslininkams suprasti, kaip sudėtingi mikrobų santykiai gali būti pakeisti mums naudingais.

Tačiau THOR informacija apie augalų šaknų mikrobiomą, rizosfera, yra toks pat gyvybingas. Rizosfera padeda klijuoti dirvą, užkirsti kelią erozijai. Ir dirvožemis sulaiko tris kartus daugiau anglies nei plūduriuoja atmosferoje, todėl tai yra svarbus kovos su klimato kaita elementas. Žinant, kaip atskiri mikrobai susirenka, kad gautų turtingą, sudėtingas dirvožemio mikrobiomo elgesys gali būti raktas siekiant maksimaliai padidinti naudą, kurią gauname iš šių nematytų bendruomenių.

„Tai yra vienas iš svarbiausių mūsų santykių, “ - sako Handelsmanas.

• Įprastas storosios žarnos vėžio patikrinimas ir ankstyvas aptikimas gali išgelbėti gyvybes
• Skiepijimo aktyvistai netinkamai naudojasi naujais mokslo laimėjimais naudingų mikrobų srityje