Výskum otvára príležitosti na odhalenie zložitosti mikrobiálnych spoločenstiev

„Mikrobiálne komunity riadia svet, “hovorí Jo Handelsman, riaditeľ Wisconsinského inštitútu pre objav na University of Wisconsin-Madison.

„Ľudia sa vždy smejú, keď to hovorím. "dodáva." Ale je to pravda. "

Naše nové bohaté chápanie mikrobiálnych komunít a ich vplyvu na zdravie ľudí alebo produktivitu plodín viedlo k sna zmeniť tieto komunity tak, aby prinášali výhody. Pri honbe za týmto snom, milióny Američanov v súčasnosti užívajú probiotiká, prospešných mikróbov, dúfajú, že im zlepšia črevá.

Nesmierna komplexnosť a odolnosť týchto mikrobiómov však ponecháva výskumníkov v neistote, ako vytvoriť predvídateľné a dlhotrvajúce zmeny k lepšiemu.

Nový výskum spoločnosti Handelsman a jej spolupracovníkov rieši túto komplexnosť priamo. Tím vyvinul komunitu s názvom THOR, tri druhy baktérií izolované z koreňov sóje a pestované spoločne. Komplexná komunita mikróbov vyvinula spoločne nové správanie, ktoré sa nedalo predpovedať iba od jednotlivých členov - vyrástli tvrdšie štruktúry známe ako biofilmy, zmenili spôsob, akým sa pohybovali vo svojom prostredí, a kontroloval uvoľňovanie nového antibiotika.

Každý z troch členov THOR má sekvenovaný genóm, a je k dispozícii množstvo nástrojov na ľahké štúdium baktérií izolovane a spoločne, čo otvára príležitosti na začatie odhaľovania zložitosti mikrobiálnych komunít ako THOR a ďalších. Lepšie porozumenie týmto mikrobiómom by mohlo vedcom pomôcť zistiť, ako ich zlepšiť.

Práca je uverejnená 5. marca v časopise mBio . Prácu viedol postdoktorandský výskumný pracovník laboratória Handelsman Gabriel Lozano so spolupracovníkmi na oddelení patológie rastlín UW-Madison, Univerzita Yale a ďalšie inštitúcie.

Búrlivý názov THOR pochádza z členov komunity:The Hitchhikers Of the Rhizosphere. Pred rokmi, Handelsmanovo laboratórium si všimlo, že sa na jazdu zúčastnilo niekoľko baktérií, keď boli členovia bežných baktérií Bacillus izolovaní z mikrobiómu koreňov sóje, známy ako rizosféra. Títo stopári sa ukázali iba vtedy, keď boli baktérie Bacillus pestované v chlade niekoľko týždňov.

Tieto tesné asociácie medzi rôznymi druhmi naznačujú, že by mohli slúžiť ako modelové spoločenstvo na testovanie toho, ako sa komplexné črty objavujú, keď rovnaký druh zdieľajú viaceré druhy. Vedci sa usadili na druhoch zo skupín baktérií Pseudomonas a Flavobacterium, aby rástli a študovali spolu s Bacillusom.

Kombinované, členovia THOR sa chválili asi 15, 000 génov a boli schopné produkovať tisíce malých molekúl, vytváranie „vrstiev zložitosti“ v čase a v celom priestore, hovorí Handelsman.

Keď sa pestuje sám, člen Pseudomonas z THOR produkuje biofilm, výdatná štruktúra, ktorá chráni baktérie pred okolitým prostredím. Biofilmy lepia implantáty používané v medicíne a robia baktérie odolné voči antibiotikám. Keď všetci traja členovia skupiny THOR vyrástli spolu, komunita produkovala dvakrát toľko biofilmu a biofilm vydržal dlhšie, ako keď bol Pseudomonas sám.

„Aj keď je ich populácia malá, tieto ďalšie druhy vyvolávajú väčšie biofilmy, “hovorí Handelsman.

V THOR sa objavili aj ďalšie komplexné črty. Člen Bacillus znížil produkciu antibiotík vyrobených Pseudomonas, chráni Flavobacterium pred ich účinkami. A ostatní členovia THOR indukovali kolónie Bacillus, aby rástli ako vetvy stromu, šíri sa okolo a okolo ostatných baktérií v zložitých vzoroch.

Mnoho snáh o manipuláciu s mikrobiómami je zameraných na zlepšenie zdravia ľudí, a modelové komunity ako THOR by mohli vedcom pomôcť pochopiť, ako je možné zmeniť zložité mikrobiálne vzťahy tak, aby boli pre nás prínosom.

Ale informácie THOR o mikrobióme koreňov rastlín, rizosféra, je rovnako dôležité. Rizosféra pomáha lepiť pôdu k sebe, zabránenie erózii. A pôda uzamkne trikrát viac uhlíka ako pláva v atmosfére, čo z neho robí dôležitý prvok pri riešení zmeny klímy. Vedieť, ako sa jednotlivé mikróby spájajú a vytvárať bohatých, komplexné správanie sa pôdneho mikrobiómu môže byť kľúčom k maximalizácii prospechu, ktorý z týchto neviditeľných spoločenstiev máme.

„Je to jeden z najdôležitejších vzťahov, ktoré máme, “hovorí Handelsman.

• Rutinné prehliadky kolorektálneho karcinómu a včasná detekcia môžu zachrániť život
• Aktivisti proti očkovaniu zneužívajú nové vedecké objavy na prospešné mikróby