Разнообразие и иммиграция повышают продуктивность микробных сообществ

Естественный отбор быстро превращает смесь микроорганизмов в высокоэффективное сообщество, как показало новое исследование.

Учёные из Эксетерского университета смешали десять различных метаногенных сообществ (популяции сотен видов микроорганизмов, в основном бактерий).

Некоторые из этих сообществ процветали сами по себе, а другие работали плохо. Однако в смесях, содержащих все десять сообществ, быстро началось производство метана в объёме, сравнимом с лучшим из десяти.

Исследователи сосредоточились на метаногенных сообществах, потому что количество производимого газа указывает на здоровье сообщества. Это позволило получить редкое представление о механизмах, управляющих формированием таких сообществ. Сообщества были получены из различных источников, включая биогазовые установки и коровий навоз.

Результаты могут иметь значение не только для биогазового сектора. Если тот же принцип применим в других областях, его можно использовать в трансплантации фекальной микробиоты или почвенных пробиотиках для повышения урожайности.

"Чем больше сообществ мы добавляли в смесь, тем выше был выход биогаза", — сказал доктор Павел Сёроцински.

Исследование показало, что отбор может действовать на всё сообщество в целом, а не только на отдельные виды или гены.

Анализ ДНК после эксперимента показал, что смеси были очень похожи на самое здоровое отдельное сообщество не только по производству метана, но и по составу микробов.

Некоторые организмы из слабых сообществ также стали частью процветающей смеси. Эти бактериальные иммигранты повысили биоразнообразие, сделав сообщества более эффективными и стабильными.

"Мы были удивлены, насколько воспроизводимыми были наши результаты — наши коллеги во Франции получили те же результаты в совершенно независимых тестах, используя аналогичную модель", — отметил доктор Сёроцински.

Исследователи также наблюдали сложные пищевые цепи и феномен, названный ими "бактериальным непотизмом", когда микробы из хорошо функционирующих сообществ способны "тянуть за собой" других бактерий.

"Если наша кишечная флора ведёт себя аналогично метаногенным сообществам, мы могли бы использовать это в своих интересах. Мы могли бы исправлять плохо функционирующие сообщества, усиливая их за счёт тех, что работают хорошо", — добавил учёный.

Исследование под названием "A single community dominates structure and function of a mixture of multiple methanogenic communities" опубликовано в журнале Current Biology.