Ekologija prostora ili pejzažna ekologija istraživačko je područje koje istražuje stvaranje prostornih obrazaca među bakterijskim zajednicama. Veličina "zrna" (najmanja jedinica koja se promatra) i "opseg" (raspon opažanja) važne su odrednice razmjera ispitivanja. Ljestvica je ključna kada je u pitanju izgradnja teorija o tome kako su takve zajednice organizirane.
Kako nastaju takvi obrasci? U ljudskim ustima, barem, odgovor uključuje čimbenike poput temperature, razine vlage, protok sline, razina kisika, pH, te broj pojavljivanja abrazije ili postupaka oralne higijene. Osim ovih čimbenika na makro razini, mikrobi sami proizvode i koriste metaboličke spojeve, hranjive tvari, i inhibitori, uključujući antimikrobne molekule. Također fizički sprječavaju druge mikrobe da zauzmu glavni prostor, ili njihove površine mogu ponuditi dobra mjesta za vezu drugih mikroba. Takve interakcije dovode do raznolike i funkcionalno suvišne zajednice, koja je više ili manje stabilna i metabolički aktivna prema razinama među-mikrobne interakcije.
Za mapiranje prostorne orijentacije, drugi faktori moraju biti poznati, kao što je udaljenost između mikroba, kao i udaljenost između mikroba i drugih značajki domaćina, poput najbliže stanice domaćina ili površine biofilma čiji je dio i mikrob. Snimanje se koristi za dobivanje informacija o takvim uzorcima na razini pojedine ćelije na mjerilima do jednog milimetra.
Razvoj tehnike koja se naziva kombinatorno označavanje zajedno sa spektralnom imidžing-fluorescentnom in situ hibridizacijom (CLASI-FISH) pomogao je da se identificiraju i lokaliziraju više mikrobnih klasa istovremeno označavanjem bilo koje vrste mikroba s više fluorofora. To pomaže vizualizirati prostorni raspored cijelog sustava mikroba koji tvore mikrobne zajednice na mikronskoj ljestvici.
Bakterijski biofilm ostrugan s površine jezika i snimljen pomoću CLASI-FISH-a. Epitelno tkivo čovjeka čini središnju jezgru (siva). Boje označavaju različite bakterije:Actinomyces (crvene) zauzimaju područje blizu jezgre; Streptokok (zeleni) lokaliziran je u vanjskoj kori i u prugama u unutrašnjosti. Ostale svojte (Rothia, cijan; Neisseria, žuta boja; Veillonella, magenta) prisutni su u grozdovima i prugama koji sugeriraju rast zajednice prema van od središnje jezgre. Zasluge za sliku:Steven Wilbert i Gary Borisy, Institut Forsyth Sadašnja studija koristi multi-spektralno fluorescentno snimanje kako bi utvrdila svoju ulogu u prostornoj ekologiji mikrobnih sustava na jeziku. Ovdje postoji više gusto skupljenih mikroba u dodiru s ljudskim epitelom, ali i s drugim oralnim staništima, poput sluznice usta i zuba.
Istražitelji su pomoću grebenastog plastičnog strugača za jezik prikupili izgrebani uzorak odostraga prema naprijed. Veličina i unutarnji raspored ovih ulomaka biofilma doveli su ih do zaključka da vjerno predstavljaju prostorni raspored bakterija na različitim razinama dorzuma jezika na skali od stotina mikrometara. Ove razine uključuju vrhove nitastih papila koje prekrivaju jezik, doline između njih, i fine bodlje koje iz njih izviru, sve one domaćini bakterija različitih vrsta.
Znanstvenici su prvo identificirali glavne bakterijske tipove u uzorcima koji su sekvencirani sa jezika 21 zdravog dobrovoljca, i zatim analizirali svaku klasu kako bi došli do potpunog uvida u strukturu mikrobioma s dovoljno detalja da se svakoj ključnoj vrsti omogući dodijeliti vlastito mjesto na jeziku.
Većina mikrobnih gena u jezičnoj zajednici tvore ograničeni broj oligotipova, prema projektu Human Microbiome Project (HMP). Povezivanjem svakog oligotipa u ustima s bakterijskim klasama u proširenoj bazi podataka o oralnim mikrobiomima ljudi (eHOMD), istraživači su identificirali 17 rodova bakterija prisutnih u više od 80% ljudi i čine 0,5% mikroba. Korištenjem podataka o sekvenciranju s HMP -a, otkrili su da 95% ili više bakterijskih sekvenci dolazi iz sličnog skupa rodova.
Istraživači zaključuju da će ti rodovi "vjerojatno tvoriti i prostorni i metabolički okvir zdravog TD mikrobioma".
Istraživači su otkrili tri vrste mikrobnih aranžmana:slobodne bakterije, bakterije na pločastim epitelnim stanicama, i bakterijski konzorciji, ili strukturno složene skupine. Potonji su bili bakterijski biofilmovi napravljeni od nekoliko slojeva mikroba, s izrazitom granicom i epitelnom jezgrom.
Analiza sastava bakterija u svakoj kategoriji i prostornom položaju pokazala je da su konzorciji homogeniji od ostalih kategorija, sa sličnim bakterijskim uzorcima u svim uzorcima. Slobodne i vezane za epitel bakterije pojavile su se pojedinačno ili u malim skupinama. U kontrastu, svaki konzorcij prikazuje istu lokaliziranu strukturu zakrpe, u svakom dominira jedan bakterijski tip.
Svaka zakrpa ima zasebnu granicu, dugačak je desetke do stotine mikrometara, i ima jezgru epitelnih stanica sluznice čovjeka. Konzorciji žive između obodne zone, koji je izložen slini i kisiku, i epitelnu jezgru.
Najmanje jedan uzorak od svakog sudionika, i više od 95% uzoraka slika, pokazala prisutnost 3 roda: Actinomyces, Rothia, i Streptococcus . Svaki je imao svoju „slatku točku“ u konzorciju, s Actinomyces tvoreći velike kontinuirane domene u blizini jezgre ili pruge između mrlja drugih bakterija. Rothia formirali velike mrlje u blizini oboda, kao i oko jezgre epitelnih ili bakterijskih stanica. Unutar takvog kortikalnog sloja, the Rothia često je bio razbijen potocima ili mrljama drugih vrsta bakterija. Streptococcus formirao tanki vanjski sloj na konzorciju, kao i vene ili zakrpe unutar njega.
Uključene su i druge istaknute vrste bakterija u uzorcima svih pojedinaca Veillonella, Gemella, Neisseriaceae, i tip Saharibakterije . Neke od ovih bakterijskih klasa mogu pomoći u pretvaranju nitrata u slini u nitrite i tako pomoći u regulaciji razine dušikovog oksida u tijelu. Manje od petine stanica nije obojeno niti jednom specifičnom sondom.
Sljedeći, istražitelji su pogledali različite rodove unutar konzorcija, sve vrste u jednom rodu, a posebno jedna vrsta za koju se smatralo da je predstavnik tog roda na jeziku. Kako se očekuje iz podataka HMP -a, našli su, na primjer, da Rothia predstavljao je R. mucilaginosa , Actinomyces po A. odontolyticus , i u znatno manjoj mjeri, A. graevenitizii , i Neisseria po N. flavescens . S. mitis , S. salivarius i S. parasanguinis pronađeni su u svim konzorcijima, ali na različitim mjestima.
Znanstvenici pretpostavljaju da se bakterijske stanice na leđima jezika međusobno guraju pri razmnožavanju. Svaka klasa se brže povećava u području koje je idealno za njihov rast, što dovodi do neravnomjerno oblikovanih mrlja. Ovo je podrijetlo rasporeda flastera koji se vidi u zrelom mikrobiomu. U lošem zdravstvenom stanju, struktura mikrobne zajednice mogla bi varirati.
"Naše je istraživanje novo jer nitko prije nije uspio pogledati biofilm na jeziku na način da razlikuje sve različite bakterije kako bismo mogli vidjeti kako se oni sami raspoređuju, "kaže istraživač Gary Borisy." Većina dosadašnjih radova na bakterijskim zajednicama koristila je pristupe temeljene na sekvenciranju DNK, ali da biste dobili DNK sekvencu, morate prvo samljeti uzorak i izvaditi DNK, koji uništava svu lijepu prostornu strukturu koja je tamo bila. Snimanje pomoću naše tehnike CLASI-FISH omogućuje nam očuvanje prostorne strukture i identifikaciju bakterija u isto vrijeme. "
Drugim riječima, ova metoda snimanja uspjela je identificirati većinu stanica u svakom konzorciju, kao i njihovu brojnost i prostorni raspored u odnosu na izvor prehrane i položaj supstrata.
Studije na mikrometarskoj skali pomažu razlikovati mikrobne zajednice u odnosu na njihov biološki raspored. Korištenje sondi na razini vrste pokazuje da su mnoge vrste stručnjaci za lokaciju koji se pojavljuju na jednom mjestu, poput zubnih naslaga, ali ne u drugom, to je, leđa jezika.
Istraživači zaključuju, "Iako je snimanje samo jedna od nekoliko ključnih tehnologija, pruža jedinstvenu korist od pokazivanja cilja:krajolika i struktura koje grade mikrobi i koje moramo objasniti i ponoviti kako bismo postigli razumijevanje mikrobiološke zajednice. "
Propuštena crijeva i let u svemir - otkrio je mehanizam
Model novorođenog miša daje naznake uzroka razorne bolesti crijeva kod anemičnih nasljednika
Infliximab može ometati učinkovitost nekih cjepiva protiv COVID-19
Što je s hepatitisom C?
Mogu li se antivirusni spojevi dobiveni mikroalgama boriti protiv SARS-CoV-2 i drugih virusa?
Bakterije u rodnom kanalu povezane su s manjim rizikom od raka jajnika
Kako su napori masovnog probira pomogli u identifikaciji više slučajeva celijakije u djece
Novi program masovnog pregleda djece školske dobi u Italiji pokazao je da se ukupna prevalencija celijakije gotovo udvostručila u posljednjih 25 godina. Infografika celijakije. Kredit za
Modulacija mikrobiote i ponovno uspostavljanje eubioze mogli bi pomoći u suzbijanju komplikacija COVID-19
Koronavirusna bolest (COVID-19), uzrokovana teškim akutnim respiratornim sindromom koronavirusa 2 (SARS-CoV-2), utječe na mnoge organe u tijelu. Osim što je respiratorna bolest, također može utjecati
Otkriće 100 novih gena moglo bi pomoći istraživanju bolesti pigmentacije
Nova studija koju su vodili istraživači s Kraljevskog koledža u Londonu i Medicinskog centra Sveučilišta Erasmus MC u Rotterdamu otkrila je 124 gena koji igraju ključnu ulogu u određivanju boje ljudsk