Raziskave odpirajo možnosti za odkrivanje kompleksnosti mikrobnih skupnosti

"Mikrobne skupnosti vodijo svet, "pravi Jo Handelsman, direktor Inštituta za odkrivanje Wisconsin na Univerzi Wisconsin-Madison.

"Ljudje se vedno smejijo, ko to rečem, "doda." Je pa res. "

Naše bogato novo razumevanje mikrobnih skupnosti in njihovega vpliva na zdravje ljudi ali produktivnost pridelkov je pripeljalo do sanj, da bi te skupnosti spremenili v koristi. V iskanju teh sanj, milijoni Američanov zdaj jemljejo probiotike, koristni mikrobi, za katere upajo, da jim bodo izboljšali črevesje.

Toda zaradi velike kompleksnosti in odpornosti teh mikrobiomov raziskovalci ne vedo, kako narediti predvidljive in dolgotrajne spremembe na bolje.

Nova raziskava Handelsmana in njenih sodelavcev se te kompleksnosti loteva na prvi pogled. Ekipa je razvila skupnost, ki so jo poimenovali THOR, tri vrste bakterij, izoliranih iz korenin soje in zrasle skupaj. Kompleksna skupnost mikrobov je skupaj razvila novo vedenje, ki ga ni bilo mogoče predvideti samo od posameznih članov - razvili so trdnejše strukture, znane kot biofilmi, spremenila način gibanja v svojem okolju, in nadzorovali sproščanje novega antibiotika.

Vsak od treh članov THOR ima zaporeden genom, in na voljo je vrsta orodij za enostavno preučevanje bakterij ločeno in skupaj, kar odpira priložnosti za odkrivanje kompleksnosti mikrobnih skupnosti, kot so THOR in druge. Boljše razumevanje teh mikrobiomov bi lahko znanstvenikom pomagalo ugotoviti, kako jih izboljšati.

Delo je objavljeno 5. marca v reviji mBio . Delo je vodil podoktorski raziskovalec laboratorija Handelsman Gabriel Lozano s sodelavci na Oddelku za patologijo rastlin UW-Madison, Univerza Yale in druge institucije.

Gromoglasno ime THOR izvira iz članov skupnosti:Stoparji rizosfere. Pred leti, Handelsmanov laboratorij je opazil, da je med vožnjo prišlo več bakterij, ko so iz mikrobioma korenin soje izolirali člane običajnih bakterij Bacillus, znana kot rizosfera. Ti stoperji so se pokazali šele, ko so bakterije Bacillus več tednov gojili na mrazu.

Te tesne povezave med različnimi vrstami kažejo, da bi lahko služile kot modelna skupnost za preizkušanje, kako se pojavijo kompleksne lastnosti, ko si več vrst deli isti prostor. Raziskovalci so se naselili na vrstah bakterij Pseudomonas in Flavobacterium, ki so rasli in preučevali skupaj z bacilom.

Kombinirano, člani THOR so se pohvalili s 15, 000 genov in so lahko proizvedli na tisoče majhnih molekul, ustvarjanje "slojev kompleksnosti" skozi čas in v vesolju, pravi Handelsman.

Ko raste sam, Pseudomonas član THOR proizvaja biofilm, krepka struktura, ki ščiti bakterije pred okoljem. Biofilmi gumijo vsadke, ki se uporabljajo v medicini in naredijo bakterije odporne na antibiotike. Ko so skupaj zrasli vsi trije člani skupine THOR, skupnost je proizvedla dvakrat več biofilma in biofilm je trajal dlje kot takrat, ko je bil Pseudomonas sam.

"Tudi če je njihova populacija majhna, te druge vrste sprožajo večje biofilme, "pravi Handelsman.

Druge kompleksne lastnosti so se pojavile tudi v THOR -u. Član Bacillus je zmanjšal proizvodnjo antibiotikov, ki jih proizvaja Pseudomonas, zaščiti Flavobacterium pred njihovimi učinki. Drugi člani THOR -a so povzročili, da so kolonije bacilov zrasle kot veje drevesa, se širijo po in okoli drugih bakterij v zapletenih vzorcih.

Veliko prizadevanj za manipulacijo z mikrobiomi je osredotočenih na izboljšanje zdravja ljudi, in modelne skupnosti, kot je THOR, bi lahko znanstvenikom pomagale razumeti, kako lahko zapletene mikrobne odnose spremenimo v našo korist.

Toda THOR -jeve informacije o mikrobiomu korenin rastlin, rizosfera, je prav tako vitalno. Rizosfera pomaga pri lepljenju tal, preprečevanje erozije. In zemlja zaklene trikrat več ogljika kot plava v ozračju, zaradi česar je pomemben element pri spopadanju s podnebnimi spremembami. Vedo, kako se posamezni mikrobi združijo, da bi ustvarili bogate, Kompleksno obnašanje talnega mikrobioma je lahko ključ do največje koristi, ki jo imamo od teh nevidnih skupnosti.

"To je eden najbolj kritičnih odnosov, ki jih imamo, "pravi Handelsman.

• Rutinski pregledi kolorektalnega raka in zgodnje odkrivanje lahko rešijo življenja
• Aktivisti proti cepljenju zlorabljajo nove znanstvene dosežke na področju koristnih mikrobov