"La gente ride sempre quando lo dico, " aggiunge. "Ma è vero."
La nostra nuova e ricca comprensione delle comunità microbiche e della loro influenza sulla salute umana o sulla produttività delle colture ha portato al sogno di cambiare queste comunità per produrre benefici. Inseguendo quel sogno, milioni di americani ora prendono i probiotici, microbi benefici che sperano miglioreranno il loro intestino.
Ma l'immensa complessità e resilienza di questi microbiomi lascia i ricercatori incerti su come produrre cambiamenti prevedibili e duraturi in meglio.
Una nuova ricerca di Handelsman e dei suoi collaboratori affronta direttamente questa complessità. Il team ha sviluppato una comunità chiamata THOR, tre specie di batteri isolati dalle radici di soia e cresciuti insieme. La complessa comunità di microbi ha sviluppato insieme nuovi comportamenti che non potevano essere previsti dai singoli membri da soli:sono cresciute strutture più dure note come biofilm, cambiato il modo in cui si muovevano nel loro ambiente, e controllava il rilascio di un nuovo antibiotico.
Ciascuno dei tre membri di THOR ha un genoma sequenziato, e una serie di strumenti sono disponibili per studiare facilmente i batteri in isolamento e insieme, che apre opportunità per iniziare a svelare la complessità delle comunità microbiche come THOR e altre. Una migliore comprensione di questi microbiomi potrebbe aiutare gli scienziati a capire come migliorarli.
L'opera è pubblicata il 5 marzo sulla rivista mBio . Il lavoro è stato condotto dal ricercatore post-dottorato di Handelsman Lab Gabriel Lozano con i collaboratori del Dipartimento di Patologia Vegetale dell'UW-Madison, Yale University e altre istituzioni.
Il nome tonante THOR deriva dai membri della comunità:The Hitchhikers Of the Rhizosphere. Anni fa, Il laboratorio di Handelsman ha notato che diversi batteri sono arrivati per il viaggio quando i membri dei comuni batteri Bacillus sono stati isolati dal microbioma delle radici di soia, nota come rizosfera. Questi autostoppisti si sono mostrati solo quando i batteri Bacillus sono stati coltivati al freddo per diverse settimane.
Queste strette associazioni tra specie diverse suggeriscono che potrebbero fungere da comunità modello per testare come emergono tratti complessi quando più specie condividono lo stesso spazio. I ricercatori hanno scelto specie dei gruppi di batteri Pseudomonas e Flavobacterium per crescere e studiare insieme a Bacillus.
Combinato, i membri di THOR ne vantavano circa 15, 000 geni ed erano in grado di produrre migliaia di piccole molecole, creando "strati di complessità" nel tempo e nello spazio, dice Handelsman.
Quando cresciuto da solo, il membro Pseudomonas di THOR produce un biofilm, una struttura robusta che protegge i batteri dal suo ambiente. I biofilm intaccano gli impianti utilizzati in medicina e rendono i batteri resistenti agli antibiotici. Quando tutti e tre i membri di THOR sono cresciuti insieme, la comunità ha prodotto il doppio di biofilm e il biofilm è durato più a lungo rispetto a quando Pseudomonas era solo.
"Anche quando le loro popolazioni sono piccole, queste altre specie stanno innescando biofilm più grandi, "dice Handelsmann.
Altri tratti complessi sono emersi anche in THOR. Il membro Bacillus ha ridotto la produzione di antibiotici prodotti da Pseudomonas, proteggendo Flavobacterium dai loro effetti. E gli altri membri di THOR indussero colonie di Bacillus a crescere come i rami di un albero, diffondendosi sopra e intorno agli altri batteri secondo schemi complessi.
Molti sforzi per manipolare i microbiomi sono concentrati sul miglioramento della salute umana, e comunità modello come THOR potrebbero aiutare gli scienziati a capire come le complesse relazioni microbiche possono essere modificate a nostro vantaggio.
Ma le informazioni di THOR sul microbioma delle radici delle piante, la rizosfera, è altrettanto vitale. La rizosfera aiuta a incollare il terreno, prevenire l'erosione. E il suolo trattiene tre volte più carbonio di quello che galleggia nell'atmosfera, rendendolo un elemento importante nell'affrontare il cambiamento climatico. Sapere come i singoli microbi si uniscono per produrre i ricchi, Il comportamento complesso del microbioma del suolo può essere una chiave per massimizzare il beneficio che ricaviamo da queste comunità invisibili.
"È una delle relazioni più critiche che abbiamo, "dice Handelsmann.
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