Прогнозирование реакции микробиомов на изменения: новая модель

Ученые создали концептуальную основу для прогнозирования того, как состав сложных микробных сообществ (микробиомов) может реагировать на меняющиеся условия.

Обзорное исследование под руководством Дженнифер Мартини, профессора экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета в Ирвайне, опубликовано в выпуске Science от 5 ноября. Оно представляет масштабную оценку микробиомов, которая может повлиять на усилия по улучшению здоровья человека и экосистем Земли.

Микробиомы — это совокупности микроскопических организмов (бактерий, вирусов, архей, грибов, простейших, водорослей и планктона), населяющих такие разные экосистемы, как пищеварительный тракт человека, океан и почва. Например, 100 триллионов микробов в кишечнике человека, которые значительно превосходят по численности «человеческие» клетки, критически важны для нашего здоровья и развития.

Несколько граммов почвы или осадка могут содержать десятки или даже сотни тысяч видов микробов, взаимодействующих друг с другом. Вместе они в значительной степени ответственны за переработку питательных веществ и углерода в почве, регулируя разложение отходов, восстановление плодородия почвы и выбросы парниковых газов.

Исследование углубляется в эволюционные процессы микробов и анализирует предыдущие работы, показывающие, что микробные признаки (особенно у бактерий) предсказуемо различаются в том, как они эволюционировали на «древе жизни». Например, некоторые признаки, такие как фотосинтез, развились очень давно и являются общими для больших групп генетически родственных бактерий. Другие признаки, например чувствительность к определенному вирусу, эволюционировали много раз во многих небольших группах.

Анализ этих более ранних исследований, а также собственной работы Мартини над почвенными микробными сообществами, указал на способ прогнозирования того, как изменения (например, климата или диеты) могут повлиять на экосистемы или пищеварительный тракт. Паттерны разнообразия микробиомов среди образцов могут раскрыть больше информации, чем считалось ранее, в сочетании с эволюционной историей микробных признаков. Микробиологи могут использовать эту информацию, чтобы сузить круг причин различий в разнообразии микробиомов среди множества образцов.

Мартини подчеркивает, что её исследование предлагает лишь один путь к более целостному пониманию микробиомов во всех средах: «Помимо новых технологий, нам отчаянно нужны новые концептуальные модели, чтобы помочь понять эти сложные сообщества. У нас уже есть много данных о микробиомах, которые можно использовать более эффективно».