"As pessoas sempre riem quando eu digo isso, "ela acrescenta." Mas é verdade. "
Nossa rica nova compreensão das comunidades microbianas e sua influência na saúde humana ou na produtividade das colheitas nos levou ao sonho de mudar essas comunidades para produzir benefícios. Em busca desse sonho, milhões de americanos agora tomam probióticos, micróbios benéficos que eles esperam melhorar seus intestinos.
Mas a imensa complexidade e resiliência desses microbiomas deixam os pesquisadores inseguros sobre como produzir mudanças previsíveis e duradouras para melhor.
Uma nova pesquisa de Handelsman e seus colaboradores aborda essa complexidade de frente. A equipe desenvolveu uma comunidade chamada THOR, três espécies de bactérias isoladas de raízes de soja e cultivadas juntas. A complexa comunidade de micróbios desenvolveu novos comportamentos juntos que não poderiam ser previstos apenas pelos membros individuais - eles desenvolveram estruturas mais resistentes conhecidas como biofilmes, mudou a forma como eles se moviam em seu ambiente, e controlou a liberação de um novo antibiótico.
Cada um dos três membros do THOR tem um genoma sequenciado, e uma série de ferramentas estão disponíveis para estudar facilmente as bactérias isoladas e juntas, o que abre oportunidades para começar a desvendar a complexidade de comunidades microbianas como THOR e outras. Uma melhor compreensão desses microbiomas pode ajudar os cientistas a descobrir como melhorá-los.
O trabalho é publicado em 5 de março na revista. mBio . O trabalho foi liderado pelo pesquisador de pós-doutorado do laboratório Handelsman Gabriel Lozano com colaboradores do Departamento de Patologia Vegetal da UW-Madison, Universidade de Yale e outras instituições.
O nome estrondoso de THOR vem dos membros da comunidade:The Hitchhikers Of the Rhizosphere. Anos atrás, O laboratório de Handelsman notou que várias bactérias apareceram quando membros da bactéria Bacillus comum foram isolados do microbioma das raízes da soja, conhecido como rizosfera. Esses caronas só apareceram quando a bactéria Bacillus foi cultivada no frio por várias semanas.
Essas associações estreitas entre espécies diferentes sugerem que elas podem servir como um modelo de comunidade para testar como características complexas surgem quando várias espécies compartilham o mesmo espaço. Os pesquisadores escolheram espécies dos grupos de bactérias Pseudomonas e Flavobacterium para crescer e estudar junto com o Bacillus.
Combinado, os membros do THOR ostentavam cerca de 15, 000 genes e eram capazes de produzir milhares de pequenas moléculas, criando "camadas de complexidade" ao longo do tempo e através do espaço, diz Handelsman.
Quando crescido sozinho, o membro Pseudomonas do THOR produz um biofilme, uma estrutura saudável que protege as bactérias de seu ambiente. Os biofilmes obstruem os implantes usados na medicina e tornam as bactérias resistentes aos antibióticos. Quando todos os três membros do THOR cresceram juntos, a comunidade produziu duas vezes mais biofilme e o biofilme durou mais tempo do que quando Pseudomonas estava sozinha.
"Mesmo quando suas populações são pequenas, essas outras espécies estão gerando biofilmes maiores, "diz Handelsman.
Outros traços complexos surgiram no THOR também. O membro Bacillus reduziu a produção de antibióticos feitos por Pseudomonas, protegendo Flavobacterium de seus efeitos. E os outros membros do THOR induziram as colônias de Bacillus a crescer como os galhos de uma árvore, espalhando-se sobre e ao redor de outras bactérias em padrões complexos.
Muitos esforços para manipular microbiomas estão focados em melhorar a saúde humana, e comunidades modelo como a THOR podem ajudar os cientistas a entender como as relações microbianas complexas podem ser alteradas para nos beneficiar.
Mas as informações do THOR sobre o microbioma das raízes das plantas, a rizosfera, é tão vital. A rizosfera ajuda a unir o solo, prevenir a erosão. E o solo retém três vezes mais carbono do que flutua na atmosfera, tornando-o um elemento importante na abordagem da mudança climática. Saber como os micróbios individuais se unem para produzir os ricos, O comportamento complexo do microbioma do solo pode ser a chave para maximizar o benefício que obtemos dessas comunidades invisíveis.
"É um dos relacionamentos mais importantes que temos, "diz Handelsman.
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