Исследования открывают возможности раскрыть сложность микробных сообществ.

"Микробные сообщества правят миром, "говорит Джо Хандельсман, директор Висконсинского института открытий при Университете Висконсин-Мэдисон.

"Люди всегда смеются, когда я говорю это, - добавляет она. - Но это правда ».

Наше новое глубокое понимание микробных сообществ и их влияния на здоровье человека или продуктивность сельскохозяйственных культур привело к мечте об изменении этих сообществ для получения выгод. В погоне за этой мечтой, миллионы американцев принимают пробиотики, полезные микробы, которые, как они надеются, улучшат их кишечник.

Но из-за огромной сложности и устойчивости этих микробиомов исследователи не знают, как добиться предсказуемых и долгосрочных изменений к лучшему.

Новое исследование Хандельсман и ее сотрудников решает эту проблему напрямую. Команда разработала сообщество, которое они назвали THOR, три вида бактерий, выделенных из корней сои и выращенных вместе. Сложное сообщество микробов вместе выработало новое поведение, которое невозможно было предсказать по отдельным членам - они вырастали более жесткие структуры, известные как биопленки, изменили то, как они перемещались по окружающей среде, и контролировал высвобождение нового антибиотика.

Каждый из трех членов THOR имеет секвенированный геном, и набор инструментов доступен для простого изучения бактерий по отдельности и вместе, который открывает возможности начать разгадывать сложность микробных сообществ, таких как THOR и другие. Лучшее понимание этих микробиомов может помочь ученым выяснить, как их улучшить.

Работа опубликована 5 марта в журнале. мБио . Работой руководил постдокторский исследователь лаборатории Хандельсмана Габриэль Лозано с сотрудниками из отделения патологии растений UW-Madison. Йельский университет и другие учреждения.

Громовое название THOR происходит от членов сообщества:Автостопщики Ризосферы. Много лет назад, Лаборатория Хандельсмана заметила, что несколько бактерий попали в ход, когда представители обычных бактерий Bacillus были изолированы из микробиома корней сои, известный как ризосфера. Эти автостопщики проявили себя только тогда, когда бактерии Bacillus выращивали на холоде в течение нескольких недель.

Эти тесные ассоциации между разными видами предполагают, что они могут служить модельным сообществом, чтобы проверить, как проявляются сложные черты, когда несколько видов живут в одном и том же пространстве. Исследователи остановились на видах из групп бактерий Pseudomonas и Flavobacterium, которые будут расти и изучаться вместе с Bacillus.

Комбинированный, членов THOR насчитывалось около 15, 000 генов и были способны производить тысячи маленьких молекул, создавая «уровни сложности» во времени и в пространстве, - говорит Хандельсман.

Когда вырос в одиночестве, член Pseudomonas THOR производит биопленку, здоровая структура, защищающая бактерии от окружающей среды. Биопленки склеивают имплантаты, используемые в медицине, и делают бактерии устойчивыми к антибиотикам. Когда все три члена THOR выросли вместе, сообщество произвело в два раза больше биопленки, и биопленка просуществовала дольше, чем когда Pseudomonas был один.

"Даже когда их население невелико, эти другие виды создают более крупные биопленки, - говорит Хандельсман.

В THOR проявились и другие сложные черты. Член Bacillus уменьшил производство антибиотиков, производимых Pseudomonas, защита флавобактерий от их воздействия. А другие члены THOR заставляли колонии Bacillus расти, как ветви дерева, распространяясь по другим бактериям и вокруг них сложным образом.

Многие попытки манипулировать микробиомами направлены на улучшение здоровья человека, а модельные сообщества, такие как THOR, могут помочь ученым понять, как можно изменить сложные микробные взаимоотношения, чтобы принести пользу нам.

Но информация THOR о микробиоме корней растений, ризосфера, так же жизненно важно. Ризосфера помогает склеивать почву, предотвращение эрозии. И почва удерживает в три раза больше углерода, чем плавает в атмосфере, что делает его важным элементом в борьбе с изменением климата. Зная, как отдельные микробы объединяются, чтобы произвести богатство, сложное поведение микробиома почвы может быть ключом к максимальному увеличению пользы, которую мы получаем от этих невидимых сообществ.

"Это одни из самых важных отношений, которые у нас есть, - говорит Хандельсман.

• Регулярные обследования и раннее выявление колоректального рака могут спасти жизни
• Активисты, выступающие против вакцинации, злоупотребляют новыми научными открытиями в отношении полезных ми…