Синтетическая экология: как управлять микробиомами через среду

Исследователи стремятся использовать микробиомы — сообщества бактерий и грибов — не только для улучшения здоровья человека, но и для решения планетарных задач: поглощения атмосферного углерода, защиты коралловых рифов и повышения плодородия почв.

Профессор Дэниел Сегре и его коллеги из Бостонского университета предлагают подход «синтетическая экология». В отличие от традиционной синтетической биологии, которая модифицирует геномы микробов, этот метод направлен на управление поведением целых микробных сообществ через изменение условий окружающей среды — например, доступности питательных веществ.

В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, команда изучила, как 32 различных питательных вещества (отдельно и в комбинациях) влияют на рост и видовое разнообразие модельных микробных сообществ.

Ключевой неожиданный результат: увеличение разнообразия источников пищи (углерода) не привело к росту видового разнообразия в сообществе. Вместо этого конкуренция между видами за ресурсы подавляла разнообразие.

«Наши результаты показывают, что одной лишь сложности среды недостаточно для поддержания разнообразия сообщества», — пишут авторы.

Основные выводы:

• Разнообразие пищи ≠ разнообразие видов. Конкуренция за ресурсы оказалась решающим фактором, ограничивающим разнообразие.
• Объём пищи влияет на рост. Общий выход биомассы зависел от общего количества доступного углерода, но не от его разнообразия. Сообщества полностью потребляли все доступные ресурсы.
• Перспектива управления. Понимание того, как питательные вещества и среда влияют на конкуренцию, открывает путь к контролю над микробиомами для конкретных целей.

Дальнейшие исследования будут направлены на изучение других факторов среды, динамики потребления ресурсов и метаболического взаимодействия между видами. Это может привести к разработке методов управления микробиомами для улучшения здоровья человека и состояния экосистем.