Εισαγωγή
Τα βακτήρια δεν οργανώνουν δείπνα ούτε λένε αστεία, αλλά είναι κοινωνικά με τον δικό τους τρόπο. Όταν η παρουσία της τροφής τους δίνει την ευκαιρία να αναπτυχθούν, να αναπαραχθούν και να εξελιχθούν, θα σχηματίσουν γρήγορα, ακόμη και με ανυπομονησία, κοινότητες. Όπως μια πόλη-λιμάνι που ξεφυτρώνει κατά μήκος μιας πλωτής οδού, μια ποικιλόμορφη κοινότητα βακτηρίων και άλλων μικροβίων θα αναγνωρίσει μια καλή κατάσταση για ανάπτυξη και θα δημιουργηθεί.
Κάθε βακτηριακή πόλη έχει μια ιστορία προέλευσης. Μια δεξαμενή κρασιού που ζυμώνεται για μήνες, ένα βιοφίλμ στους πνεύμονες ενός ασθενή με κυστική ίνωση και μια πλούσια σε θείο ιαματική πηγή, όλα ξεκίνησαν με ένα σύνολο ιδρυτικών κυττάρων που προχώρησαν σε σχηματισμό ενός ισχυρού δικτύου ειδών που αλληλεπιδρούν. Αυτές οι κοινότητες μπορούν να επιτελούν βιοχημικές λειτουργίες που κανένα είδος δεν μπορεί να κάνει από μόνο του. Απαιτείται απαρτία των Γαλακτοκοκκος και Στρεπτόκοκκος στελέχη που συνεργάζονται για να δώσουν τυρί τσένταρ η υφή και η υφή του. Διαφορετικοί συνδυασμοί μικροχλωρίδας του εντέρου μπορούν ενισχύσει ή αμβλύνει την αποτελεσματικότητα ενός χαπιού.
Ωστόσο, δεν υπάρχουν προφανείς κανόνες που να εξηγούν πώς συγκεντρώνεται μια βακτηριακή κοινότητα ή γιατί ευδοκιμούν ορισμένα είδη. Οι περισσότεροι βιολόγοι, όταν έρχονται αντιμέτωποι με την περιγραφή μιας κοινότητας οργανισμών, καταγράφουν τον κατάλογο των ειδών που υπάρχουν. Αλλά ο αριθμός των βακτηριακών ειδών είναι τόσο μεγάλος, η διάρκεια ζωής τους είναι τόσο σύντομη και οι διαφορές μεταξύ δύο ειδών είναι τόσο μικρές που τα ονόματα των ειδών δεν παρέχουν απαραίτητα χρήσιμες πληροφορίες.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο μια ομάδα φυσικών που έγιναν μικροβιολόγοι προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν τεχνικές αλληλουχίας γονιδιώματος σε μαζική κλίμακα για να αποκαλύψουν οποιουσδήποτε καθολικούς κανόνες που θα μπορούσαν να διέπουν τις βακτηριακές κοινότητες - μια προσέγγιση μεγάλων δεδομένων για τα μικρόβια. Αντί να αποκαλούν τα είδη με το όνομά τους, εστιάζουν στο τι κάνουν οι οργανισμοί, με στόχο να αναγνωρίσουν ποιοι ρόλοι είναι σημαντικοί σε μια δεδομένη κοινότητα.
"Υπάρχει πλεονασμός - όπως, δύο είδη μπορούν να εκτελέσουν την ίδια λειτουργία - και το ίδιο είδος μπορεί να εκτελέσει διαφορετικές λειτουργίες ανάλογα [με] εάν αλλάξετε το περιβάλλον", είπε Otto Cordero, μικροβιολόγος στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. «Η ταξινομία δεν είναι τόσο ενημερωτική όσο η λειτουργία».
Πέρυσι στο εργαστήριο του Cordero, έρευνα με επικεφαλής τον μικροβιολόγο Μάτι Γκράλκα εντόπισε ένα σύνολο μικροβιακών λειτουργιών που θα μπορούσαν να προβλεφθούν χωρίς πληροφορίες για τα είδη. Αφού χαρακτήρισε τους μεταβολισμούς 186 διαφορετικών βακτηριακών στελεχών που συλλέχθηκαν από τον Ατλαντικό Ωκεανό, διαπίστωσε ότι μπορούσε να προβλέψει τις βασικές διατροφικές προτιμήσεις ενός συγκεκριμένου μικροβίου με βάση μόνο το γονιδίωμά του.
Εισαγωγή
Αυτό το μοτίβο επιτρέπει στους ερευνητές να παρακάμψουν τις αλληλουχίες γονιδίων που εμπλέκονται στη διάσπαση μιας ή άλλης πηγής τροφής. Η ομάδα του Gralka ανακάλυψε ότι μπορούσαν να προβλέψουν την προτιμώμενη τροφή απλώς μετρώντας τη μοριακή σύνθεση του γονιδιώματος. Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στο Φύση Μικροβιολογία.
Ενώ το πεδίο είναι στα σπάργανά του, οι μικροβιακοί οικολόγοι αναζητούν τρόπους για να αξιολογήσουν γρήγορα και να περιγράψουν τις φυσικές μικροβιακές κοινότητες, είτε σε άγριο περιβάλλον είτε σε νοσοκομείο. Αναπτύσσοντας μια θεωρία μικροβιακής συναρμολόγησης, ελπίζουν ότι μπορούν να μάθουν να βλέπουν τις σε μεγάλο βαθμό αόρατες και ταχέως μεταβαλλόμενες μικροσκοπικές οικολογίες που ξεδιπλώνονται γύρω μας.
Ένα πεδίο χωρίς θεωρία
Η μικροβιολογία περιοριζόταν για αιώνες από την έκταση της ικανότητας των επιστημόνων να δουν τι ήταν μπροστά τους. Ακόμη και στις αρχές της δεκαετίας του 2000, αν ένας μικροβιολόγος διοχέτευε μια βακτηριακή κοινότητα σε ένα τρυβλίο Petri, ήταν ένα μνημειώδες έργο να αναγνωρίσει τα διαφορετικά είδη, υποείδη και στελέχη μέσα σε αυτό. Υπήρχαν πάρα πολλοί οργανισμοί αναμεμειγμένοι μεταξύ τους, που υποχωρούσαν και ρέουν με την πάροδο του χρόνου καθώς οι διαθέσιμες πηγές τροφής μετατοπίζονταν και τα είδη ζούσαν και πέθαιναν. Οι επιστήμονες δεν μπορούσαν να κάνουν τίποτα περισσότερο από το να αναγνωρίσουν μεμονωμένες αποικίες μία κάθε φορά με βάση το σχήμα, το χρώμα, τη μορφολογία και τις ανάγκες σε θρεπτικά συστατικά.
Μέχρι τα τελευταία χρόνια, αυτό άφηνε το πεδίο με ελάχιστη καθοριστική θεωρία για να εξηγήσει πώς συναρμολογούνται τα μικροβιώματα και χωρίς ισχυρά αξιώματα για την ερμηνεία των πειραματικών αποτελεσμάτων. Το 2007, μια ομάδα μικροβιολόγων έγραψε Nature Reviews Μικροβιολογία ότι αυτή η απουσία θεωρίας προήλθε τόσο από την έλλειψη δεδομένων όσο και από την ευρεία αδυναμία εφαρμογής της οικολογικής θεωρίας στον μικροσκοπικό κόσμο. Χωρίς θεωρία, ένα επιστημονικό πεδίο δεν έχει δομή, μορφή και προγνωστική δύναμη, υποστήριξαν. Ένας μικροβιακός οικολόγος θα μπορούσε να κάνει οποιαδήποτε παρατήρηση για μια κοινότητα. χωρίς θεωρία που να εξηγεί τη σημασία του, όλα θα μπορούσαν να είναι αληθινά.
«Μερικές φορές παραπονιόμαστε ότι τα πράγματα δεν προκαλούν έκπληξη στη μικροβιακή οικολογία», είπε Άλβαρο Σάντσεζ, μικροβιακός οικολόγος στο Ινστιτούτο Λειτουργικής Βιολογίας και Γονιδιωματικής, ένα κοινό ινστιτούτο του Ισπανικού Εθνικού Ερευνητικού Συμβουλίου και του Πανεπιστημίου της Σαλαμάνκα. «Δεν έχουμε ισχυρές προτεραιότητες. Δεν έχουμε προγνωστική θεωρία και έτσι τίποτα δεν προκαλεί έκπληξη».
Τα νέα γενετικά εργαλεία, ωστόσο, έχουν οδηγήσει σε νέους τρόπους περιγραφής των μικροβιακών κοινοτήτων. Η αλληλούχιση Sanger, η οποία για δεκαετίες ήταν η ταχύτερη μέθοδος για τον προσδιορισμό της αλληλουχίας γονιδίων, ήταν σε θέση να αναγνωρίσει τα μικρόβια μόνο ένα προς ένα. Στη συνέχεια, στα μέσα της δεκαετίας του 2000, έγινε διαθέσιμη η τεχνολογία αλληλουχίας υψηλής απόδοσης και στη δεκαετία του 2010 έγινε αρκετά προσιτή. Οι μικροβιολόγοι μπορούσαν να αναγνωρίσουν είδη με οποιοδήποτε DNA ήταν διαθέσιμο στο δείγμα.
Οι μικροβιακοί οικολόγοι ξετρελάθηκαν μαζί του. «Οι άνθρωποι διέδιδαν τα πάντα», είπε Γκλεν Ντ’ Σόουζα, μικροβιακός οικολόγος στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Ζυρίχης. «Το πεδίο κυριαρχούσε από την περιγραφή του ποιος ήταν εκεί — αυτό το σφάλμα ήταν σε αυτό το περιβάλλον. αυτό το σφάλμα ήταν σε αυτό το περιβάλλον».
Εισαγωγή
Ξαφνικά, μια πληθώρα δεδομένων αποκάλυψε άγνωστη μέχρι τώρα μικροβιακή ποικιλομορφία. Το 2009, λιγότερα από 1,000 βακτηριακά γονιδιώματα είχαν προσδιοριστεί πλήρως. Μέχρι το 2014 υπήρχαν περισσότερο από 30,000. Αυτός ο αριθμός έκτοτε αυξήθηκε: Στα τέλη του 2023 υπήρχαν 567,228 πλήρη βακτηριακά γονιδιώματα, με εύκολη περιήγηση και διατίθεται για διασταύρωση. Σήμερα τα βακτήρια αντιπροσωπεύουν σχεδόν το 80% όλων των διαθέσιμων γονιδιωματικών δεδομένων.
«Οι άνθρωποι απλά δεν είχαν ιδέα πόσα είδη θα υπήρχαν», είπε ο Gralka, ο οποίος τώρα έχει το δικό του εργαστήριο στο Πανεπιστήμιο VU στο Άμστερνταμ. «Δεν μπορείς να τα ξεχωρίσεις πολύ καλά στο μικροσκόπιο».
Ωστόσο, η αναγνώριση μεμονωμένων βακτηριακών ειδών σε μια κοινότητα μπορεί να πει στους επιστήμονες μόνο τόσα πολλά. Τα ονόματά τους δεν λένε απαραίτητα πολλά για το τι συνεισφέρει το κάθε σφάλμα ή πώς ταιριάζει η κοινότητα.
«Αυτές οι κοινότητες είναι υψηλών διαστάσεων», είπε Jacopo Grilli, θεωρητικός μικροβιακός οικολόγος και πρώην φυσικός στο Διεθνές Κέντρο Θεωρητικής Φυσικής Abdus Salam στην Τεργέστη της Ιταλίας. «Αν προσπαθήσουμε να τους κατανοήσουμε, πρέπει να αντιμετωπίσουμε το γεγονός ότι υπάρχουν πολλοί, πολλοί πληθυσμοί, πολλά διαφορετικά είδη - ό,τι και αν σημαίνει «είδος» - σε αυτές τις κοινότητες. Όλα αυτά τα είδη έχουν όλες τις δικές τους ιδιαιτερότητες και κατά κάποιο τρόπο συνυπάρχουν».
Στο 2018, α Επιστήμη χαρτί από τον Sanchez και την ομάδα του έδωσε την άδεια στους μικροβιολόγους να απλοποιήσουν τη σκέψη τους. Η πρωτοποριακή έρευνά τους έδειξε ότι αν κάνατε ένα βήμα πίσω και αφήσετε πολύ συγκεκριμένες λεπτομέρειες, όπως τα ονόματα των ακριβών ειδών, να λιώσουν, θα μπορούσατε να κατανοήσετε καλύτερα τη λογική μιας βακτηριακής κοινότητας, σαν να βλέπατε έναν αφηρημένο πίνακα από απόσταση.
Όπως ο Γκρίλι, ο Σάντσες ήταν φυσικός πριν στραφεί στη μικροβιακή οικολογία. «Αποφάσισα να ξεκινήσω να εργάζομαι για την οικολογία και τις μικροβιακές κοινότητες γιατί παρατήρησα ότι σε ποσοτικό επίπεδο, ήταν ένας τομέας που δεν είχε μελετηθεί τόσο καλά όσο η εξέλιξη», είπε ο Sanchez.
Για τη μελέτη, το εργαστήριό του αναπτύχθηκε άγρια βακτήρια που καλλιεργήθηκαν από νεκρά φύλλα και χώμα γύρω από το New Haven του Κονέκτικατ. Διαπίστωσαν ότι με δεδομένο το ίδιο σύνολο περιβαλλοντικών συνθηκών - τις ίδιες πηγές άνθρακα, θερμοκρασία, οξύτητα και ούτω καθεξής - οποιαδήποτε μικροβιακή κοινότητα θα φτάσει στην ίδια περίπου λειτουργική σύνθεση, ανεξάρτητα από το πώς ξεκίνησε. Στα πειράματά του, με κάθε πληθυσμό, οι ίδιες κόγχες εμφανίζονταν και γεμίζονταν ξανά και ξανά, αν και όχι απαραίτητα από το ίδιο είδος βακτηρίων.
Η έρευνα άλλαξε τον τρόπο με τον οποίο οι μικροβιολόγοι έβλεπαν την κοινότητα. Όταν ο Sanchez συνέκρινε κοινότητες που ελήφθησαν δείγματα από το ίδιο περιβάλλον, τα ονόματα των βακτηρίων ήταν πάντα διαφορετικά, είπε ο D'Souza. «Αλλά αν κοιτάξετε το περιεχόμενο του λειτουργικού γονιδίου, όπως ποιος κάνει τι; Αυτό είναι εκπληκτικά παρόμοιο», είπε. «Άρα δεν έχει σημασία ποιος είσαι. σημασία έχει αυτό που κάνεις."
Η προβλεπτική δύναμη του γονιδιώματος
Το 2018, ο Gralka είχε μόλις φτάσει στη Βοστώνη για να εργαστεί ως μεταδιδάκτορας στο εργαστήριο του Cordero στο MIT. Ξεκίνησε ως βιοφυσικός, μελετώντας τις φυσικές ιδιότητες των κυττάρων, μεμονωμένα και αθροιστικά. Είχε αποφασίσει να συμμετάσχει στο ερευνητικό πρόγραμμα του Cordero επειδή οι δύο ερευνητές είχαν παρόμοια οράματα: να αναπτύξουν μια ποσοτική κατανόηση των μικροβιακών κοινοτήτων.
Ο Cordero είχε έναν καταψύκτη γεμάτο με μικρόβια του Ατλαντικού Ωκεανού, τον οποίο το εργαστήριό του είχε χρησιμοποιήσει για να κάνει μια ενδιαφέρουσα ανακάλυψη σχετικά με το πώς σχηματίζονται μικροβιακές κοινότητες γύρω από πηγές τροφίμων, που δημοσιεύτηκε στο Current Biology το 2019. Είχαν ρίξει μπάλες χιτίνης - ένα πολυμερές επαναλαμβανόμενων μορίων ζάχαρης που απαρτίζουν τα κελύφη των εντόμων - σε καλλιέργειες βακτηρίων που αναπτύχθηκαν από τα θαλάσσια δείγματα. Όταν οι επιστήμονες έβγαλαν τις μπάλες πίσω, εξέτασαν ποιες κοινότητες είχαν σχηματιστεί. Τα μικρόβια που έτρωγαν χιτίνη ήταν αναμενόμενα προσκολλημένα στη χιτίνη - αλλά υπήρχαν επίσης βακτήρια που δεν έτρωγαν χιτίνη. Αυτά τα βακτήρια έμοιαζαν να τρώνε τα υποπροϊόντα που απέρριψαν οι φάγοι χιτίνης. Οι χιτινοφάγοι και οι υποπροϊόντες είχαν σχηματίσει μια κοινότητα.
Εισαγωγή
Αυτό κίνησε το ενδιαφέρον της Γκράλκα. Φαινόταν πιθανό ότι ο τύπος της κοινότητας θα μπορούσε να προβλεφθεί μόνο από τις πηγές τροφής της: από την αρχική πηγή τροφής και στη συνέχεια από τις νέες πηγές που δημιουργήθηκαν όταν τα αρχικά βακτήρια τη διέλυσαν. Αναρωτήθηκε αν θα μπορούσε να προβλέψει το τόξο των αλλαγών μιας μικροβιακής κοινότητας εάν έλεγχε τις αρχικές συνθήκες.
Στη συνέχεια, ακριβώς όταν μπήκε στο εργαστήριο του Cordero, «ένα χαρτί βγήκε από το εργαστήριο του Alvaro [Sanchez] που έκανε μια αρκετά μεγάλη έκρηξη», είπε ο Gralka — η εργασία του 2018 δείχνει ότι εμφανίζονται προβλέψιμες μικροβιακές κόγχες που μπορούν να γεμίσουν από πολλά διαφορετικά είδη . Η ιδέα ότι η λειτουργία είχε μεγαλύτερη σημασία από το είδος του έκανε νόημα. «Στο χώμα μερικές φορές βρίσκεις χιλιάδες διαφορετικά βακτήρια. Τότε αυτό πολύ γρήγορα ανοίγει ερωτήματα», είπε. «Πώς υπάρχουν χιλιάδες είδη; Σίγουρα δεν υπάρχουν χιλιάδες διαφορετικές θέσεις».
Συνδυάζοντας αυτές τις δύο ιδέες από τον Cordero και τον Sanchez, ο Gralka αναρωτήθηκε αν μπορούσε όχι μόνο να προβλέψει μια μικροβιακή κοινότητα από την αρχική πηγή τροφής, αλλά και να συμπεράνει σημεία από το γονιδίωμα των βακτηρίων.
Η Gralka δοκίμασε τον καταψύκτη του Cordero. Αρχικά, έπρεπε να χαρακτηρίσει τα βακτήρια με βάση τα τρόφιμα που προτιμούσαν. Χρησιμοποιώντας εργαλεία υψηλής απόδοσης, μεγάλωσε 186 διαφορετικά είδη βακτηρίων σε καλλιέργειες συμπληρωμένες με 135 διαφορετικές πηγές τροφής. Συνολικά, η Gralka μέτρησε τους ρυθμούς ανάπτυξης περισσότερων από 25,000 δειγμάτων βακτηρίων.
Υπάρχει τόση ποικιλία σε 186 βακτηριακά είδη όση υπάρχει σε 186 διαφορετικούς ανθρώπους, και όπως οι άνθρωποι, τα βακτήρια έχουν το καθένα τα δικά του πρότυπα και συνήθειες. Μερικά από τα βακτήρια της Gralka αναπτύχθηκαν γρήγορα σε σάκχαρα και άλλα αναπτύχθηκαν γρήγορα σε οξέα, συμπεριλαμβανομένων οργανικών οξέων όπως το κιτρικό οξύ, καθώς και αμινοξέων, των δομικών στοιχείων των πρωτεϊνών. Χρησιμοποιώντας αυτά τα δεδομένα, ο Gralka τοποθέτησε τα είδη σε αυτό που ονόμασε άξονα ζάχαρης-οξέος με βάση τις προτιμήσεις τους.
Στη συνέχεια, ανέλυσε την αλληλουχία του DNA και των 186 ειδών για να δει πώς σχετίζονταν εξελικτικά. Η Gralka εξεπλάγη όταν είδε ότι τα στενά συγγενικά είδη στις ίδιες φυλογενετικές οικογένειες είχαν συχνά διαφορετικές μεταβολικές προτιμήσεις. Για παράδειγμα, η σειρά των ραβδόμορφων βακτηρίων Alteromonadales περιείχε μέσα της τους όξινους Colwellia, οι ζαχαροφάγοι Paraglaciecola και οι λιγότερο επιλεκτικοί Pseudoalteromonas, που έφαγε και τα δύο. Αυτό υποστήριξε την ευρύτερη ιδέα ότι τα ονόματα των ειδών δεν μεταφέρουν πολλές πληροφορίες σχετικά με τη λειτουργία των βακτηρίων σε μια δεδομένη μικροβιακή κοινότητα.
Στη συνέχεια, η ανάλυση της Gralka έσκαψε βαθύτερα στο DNA των ζωυφίων. Για να συσχετίσει το γονιδίωμα με τη μεταβολική λειτουργία, αναζήτησε γονίδια που είναι γνωστό ότι εμπλέκονται στην πέψη και τον μεταβολισμό των σακχάρων, και έκανε το ίδιο για τα οξέα. Βρήκε ότι ο αριθμός των γονιδίων που τρώνε ζάχαρη ή οξύ προέβλεπε πού έπεσε κάθε μικρόβιο στο φάσμα σακχάρου-οξέος: Όσο περισσότερα γονίδια είχε ένα είδος για τη μία ή την άλλη διαδικασία, τόσο πιο πιθανό ήταν να προσγειωθεί σε αυτό το άκρο του άξονα. . Τα ευρήματα πρότειναν ότι οι μικροβιολόγοι θα μπορούσαν να καθορίσουν χονδρικά τον μεταβολισμό μιας κοινότητας αναζητώντας αλληλουχίες ορισμένων γονιδίων.
Εισαγωγή
Τότε βρήκε κάτι πιο εκπληκτικό. Αγνοώντας τις πραγματικές αλληλουχίες γονιδίων, εξέτασε απευθείας τη μοριακή διάσπαση του DNA ενός στελέχους. Στη διπλή έλικα του DNA, οι τέσσερις τύποι βάσεων στους αντίθετους κλώνους ζευγαρώνονται, με τη γουανίνη (G) συνδεδεμένη με την κυτοσίνη (C) και τη θυμίνη (Τ) συνδεδεμένη με την αδενίνη (Α). Απροσδόκητα, το γονιδίωμα των όξινων ατόμων είχε κατά μέσο όρο 55% περιεκτικότητα σε GC, ενώ η περιεκτικότητα σε GC των ζαχαροφάγων ήταν κατά μέσο όρο περίπου 40%. Για να επιβεβαιώσει ότι αυτός ο συσχετισμός δεν ήταν μια ιδιορρυθμία της συγκεκριμένης μικροβιακής κοινότητας του, ο Gralka ανέλυσε ένα μεγαλύτερο σύνολο δεδομένων χιλιάδων γονιδιωμάτων αναφοράς από όλο το βακτηριακό δέντρο της ζωής. Το πρότυπο κράτησε: Οι ειδικοί σε οξέα είχαν γενικά υψηλότερη περιεκτικότητα σε GC από τους ειδικούς σε ζάχαρη.
Αυτός ο κανόνας φαινόταν αφάνταστα απλός. Η χημεία του DNA ενός βακτηρίου προέβλεψε τη θέση του στην κοινότητα. Η Gralka μπορούσε να προσδιορίσει εάν ένα είδος έτρωγε κυρίως σάκχαρα ή οξέα με βάση το περιεχόμενο του γονιδιώματός του και μόνο, χωρίς να εξετάσει καθόλου τα γονίδιά του. Η στατιστική και η γονιδιωματική βρήκαν απλή σειρά όπου η ταξινόμηση δεν έβλεπε καμία.
Πρόβλεψη του Μικροβιακού Μέλλοντος
Η εργασία θέτει τα θεμέλια για μια νέα επιστήμη που κάνει πρακτικές προβλέψεις σχετικά με τις μικροβιακές κοινότητες. Ας πούμε ότι ένας αγωγός διαρρέει και χύνεται αργό πετρέλαιο σε ένα δάσος. ένας μικροβιολόγος ή περιβαλλοντικός επιστήμονας μπορεί να θέλει να μάθει ποια βακτήρια θα εμφανιστούν για να φάνε αυτό το λάδι. Ένας γιατρός μπορεί να θέλει να μάθει πώς το μικροβίωμα του εντέρου ενός ασθενούς θα μπορούσε να αλλάξει κατά τη διάρκεια μιας ασθένειας και ενδεχομένως να χρησιμοποιήσει αυτή την πρόβλεψη για να συνταγογραφήσει συγκεκριμένα αντιβιοτικά ή άλλα φάρμακα.
Πολλά ερωτήματα μπορούν να απαντηθούν και να λυθούν προβλήματα εάν οι ερευνητές μπορέσουν να εκτιμήσουν γρήγορα τις λειτουργίες μιας μικροβιακής κοινότητας. «Στο εργαστήριό μου, το λέμε το δίλημμα του προπονητή», είπε ο Sanchez. «Έχετε ένα σωρό παίκτες και θέλετε να καταλάβετε ποιον πρέπει να βάλετε στο γήπεδο αν θέλετε να μεγιστοποιήσετε το σκορ σας. Έχω αυτή τη λίστα με 100 στελέχη. Θέλω να τα βάλω σε έναν βιοαντιδραστήρα και θέλω να φτιάξω όσο το δυνατόν περισσότερη αιθανόλη. Ποια στελέχη λοιπόν να βάλω;»
Οι κανόνες που αποκαλύπτουν οι μικροβιακοί οικολόγοι δεν μπορούν ακόμη να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα. Ωστόσο, μια γρήγορη αξιολόγηση του μικροβιακού μεταβολισμού - ή μια λειτουργική θεωρία των βακτηριακών κοινοτήτων και των γονιδίων τους - θα μπορούσε κάποια μέρα να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη και τη διαχείριση ενός κόσμου οικολογικών διεργασιών, είπε ο Gralka.
Οι μικροβιακές κοινότητες είναι βασικοί παίκτες σε κάθε οικολογικό κύκλο στη Γη. Όταν ένα δέντρο πέφτει σε ένα δάσος, μια λιτανεία από μύκητες και βακτήρια συγκεντρώνονται για να το φάνε και να το αποσυνθέσουν, επιστρέφοντας τα συστατικά του δέντρου στους παγκόσμιους κύκλους θρεπτικών συστατικών. Με τις έννοιες που εισήγαγαν οι Gralka, Sanchez, Cordero και άλλοι μικροβιακοί οικολόγοι, οι θέσεις αυτής της νέας κοινότητας είναι προβλέψιμες. Το ξύλο αποτελείται κυρίως από κυτταρίνη και ημικυτταρίνη, που είναι πολυμερή γλυκόζης. Ως εκ τούτου, μια λειτουργική κοινότητα ώριμη για συμμετοχή στην αποσύνθεση των δασών θα φιλοξενούσε βακτήρια που τρώνε ζάχαρη, θα ήταν άφθονα σε γονίδια που αφομοιώνουν τη ζάχαρη και θα έχει γονιδιώματα που αποτελούνται από μικρότερη αναλογία μορίων GC. Μια ξαφνική και μυστηριώδης άνοδος σε όσους τρώνε οξύ θα μπορούσε να είναι σημάδι ότι κάτι δεν πάει καλά, πρότεινε η Γκράλκα.
Ο άξονας ζάχαρης-οξέος είναι μόνο ένα είδος κοινοτικής θέσης που θέλουν να προσδιορίσουν αυτοί οι μικροβιακοί οικολόγοι. Το Cordero πρόσφερε το δασικό οικοσύστημα ως παράδειγμα του απώτερου στόχου τους. Οι οικολόγοι έχουν ορίσει πολλά γενικά χαρακτηριστικά και λειτουργίες που είναι κοινά μεταξύ των δασών και διαφέρουν μεταξύ τους, επιτρέποντας σύγκριση και πρόβλεψη.
«Πόση βιομάζα υπάρχει στα φύλλα σε σχέση με τον κορμό; [Αποδεικνύεται ότι τα φυτά που έχουν τεράστια φύλλα αναπνέουν περισσότερο σε τροπικά περιβάλλοντα», είπε ο Cordero. «Πόσο βαθιές είναι οι ρίζες; Αυτό σας λέει πόσα θρεπτικά συστατικά μπορούν να πάρουν από το περιβάλλον. Πόσο γρήγορα θα μεγαλώσουν; Τι ύψος έχουν; Πόσο καλοί είναι [στον] να ανταγωνίζονται για το φως;» Γνωρίζοντας ακόμη και μερικές από αυτές τις μεταβλητές μπορεί να μας πει πολλά για τη δυναμική ενός δάσους.
Ο Cordero δεν ξέρει ποια μπορεί να είναι τα ανάλογα χαρακτηριστικά για τους μικροοργανισμούς και τις κοινότητές τους. Πολλές βακτηριακές θέσεις σχετίζονται σίγουρα με τον μεταβολισμό και τα υποπροϊόντα τους, αλλά υπάρχουν και άλλες γωνίες που πρέπει να λάβετε υπόψη. «Αν είχαμε τρόπους να μάθουμε ποιες είναι αυτές οι μεταβλητές… και τρόπους να τις αναγνωρίσουμε συστηματικά, θα ήταν καταπληκτικό», είπε.
Κατά μία έννοια, αυτοί οι επιστήμονες χαρτογραφούν οικολογικά μικροβιακές κοινότητες για πρώτη φορά. Το έργο τους προτείνει μια νέα άποψη για το τι είναι στην πραγματικότητα μια μικροβιακή κοινότητα - δείχνοντας ότι το τι είναι τα μικρόβια ορίζεται καλύτερα ως αυτό που κάνουν.
Σημείωση του συντάκτη: Ο Cordero ηγείται της Simons Collaboration on Principles of Microbial Ecosystems, ένα ερευνητικό πρόγραμμα που υποστηρίζεται από το Ίδρυμα Simons, το οποίο επίσης χρηματοδοτεί εκδοτικά ανεξάρτητο περιοδικό. Οι αποφάσεις χρηματοδότησης του Simons Foundation δεν επηρεάζουν την κάλυψή μας.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://www.quantamagazine.org/the-quest-for-simple-rules-to-build-a-microbial-community-20240117/
- :έχει
- :είναι
- :δεν
- :που
- ][Π
- $UP
- 000
- 08
- 1
- 100
- 2014
- 2016
- 2018
- 2019
- 2023
- 25
- 30
- a
- ικανότητα
- Ικανός
- ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ
- ΠΕΡΙΛΗΨΗ
- άφθονος
- Λογαριασμός
- απέναντι
- πραγματικός
- πραγματικά
- προσιτές
- Μετά το
- αδρανών υλικών
- στοχεύουν
- Όλα
- επιτρέπει
- alone
- κατά μήκος
- Επίσης
- πάντοτε
- καταπληκτικό
- μεταξύ των
- Άμστερνταμ
- an
- ανάλυση
- αναλύθηκε
- και
- Άλλος
- απάντηση
- κάθε
- οτιδήποτε
- χώρια
- εμφανίζομαι
- Εμφανίστηκε
- Εφαρμογή
- πλησιάζω
- Τόξο
- ΕΙΝΑΙ
- ΠΕΡΙΟΧΗ
- υποστήριξε
- γύρω
- έφτασε
- AS
- Συνέλευση
- εκτιμώ
- εκτίμηση
- At
- διαθέσιμος
- μέσος
- μακριά
- Άξονας
- πίσω
- Βακτήρια
- βασίζονται
- βασικός
- BE
- έγινε
- επειδή
- ήταν
- πριν
- ΚΑΛΎΤΕΡΟΣ
- Καλύτερα
- μεταξύ
- Μεγάλος
- βιολογία
- Μπλοκ
- boston
- και οι δύο
- Όριο
- Ανάλυση
- Σπάζοντας
- επανάσταση
- ευρύτερη
- έσπασε
- Έντομο
- χτίζω
- Κτίριο
- τσαμπί
- αλλά
- by
- παρακάμψει
- κλήση
- που ονομάζεται
- κλήση
- ήρθε
- CAN
- άνθρακας
- κατάλογος
- Κύτταρα
- Κέντρο
- αιώνες
- ορισμένες
- αλλαγή
- άλλαξε
- Αλλαγές
- χαρακτηρίζω
- χημεία
- Πόλη
- στενά
- συνεργασία
- χρώμα
- συνδυασμοί
- Κοινοτήτων
- κοινότητα
- σύγκριση
- σύγκριση
- ανταγωνίζονται
- πλήρης
- εντελώς
- εξαρτήματα
- συγκείμενο
- σύνθεση
- έννοιες
- Συνθήκες
- Επιβεβαιώνω
- Εξετάστε
- που περιέχονται
- περιεχόμενο
- συμβάλλοντας
- ελέγχεται
- Συσχέτιση
- θα μπορούσε να
- Συμβούλιο
- Πορεία
- Δικαστήριο
- κάλυψη
- δημιουργήθηκε
- ακατέργαστος
- Μαζούτ
- κύκλος
- κύκλους
- ημερομηνία
- σύνολο δεδομένων
- νεκρός
- συμφωνία
- δεκαετίες
- αποφάσισε
- αποφάσεις
- βαθύς
- βαθύτερη
- ορίζεται
- καθορίζοντας
- Σε συνάρτηση
- περιγράφουν
- Περιγράφοντας
- καθέκαστα
- ανάπτυξη
- ανάπτυξη
- DID
- έχασαν τη ζωή τους
- διαφέρω
- διαφορές
- διαφορετικές
- Δείπνο
- κατευθείαν
- ανακάλυψαν
- ανακάλυψη
- Νόσος
- πιάτο
- απόσταση
- διάφορα
- Ποικιλία
- Η κ
- do
- Γιατρός
- κάνει
- Όχι
- κυριαρχούσε
- Μην
- διπλασιαστεί
- κάτω
- έπεσε
- δυναμική
- κάθε
- με ενθουσιασμό
- Νωρίς
- γη
- τρώνε
- Οικολογικός
- οικοσύστημα
- οικοσυστήματα
- αποτελεσματικότητα
- ενεργοποίηση
- τέλος
- Περιβάλλον
- περιβάλλοντος
- περιβάλλοντα
- ουσιώδης
- εγκαθιδρύω
- εκτίμηση
- Even
- Κάθε
- πάντα
- εξέλιξη
- εξελίσσονται
- Εξετάζοντας
- παράδειγμα
- πειραματικός
- πειράματα
- Εξηγήστε
- έκταση
- αντιμετωπίζουν
- γεγονός
- Falls
- οικογένειες
- FAST
- ταχύτερα
- Ομοσπονδιακός
- λίγοι
- λιγότερα
- πεδίο
- Εικόνα
- γεμάτο
- Εύρεση
- ευρήματα
- Όνομα
- πρώτη φορά
- Ρεύση
- εστιάζοντας
- τροφή
- τρόφιμα
- Για
- δάσος
- μορφή
- σχηματίζεται
- Βρέθηκαν
- Θεμέλιο
- ιδρυτής
- τέσσερα
- από
- εμπρός
- λειτουργία
- λειτουργικός
- λειτουργία
- λειτουργίες
- χρηματοδότηση
- χρήματα
- έδωσε
- General
- γενικά
- γενετική
- γονιδιωματική
- GitHub
- Δώστε
- δεδομένου
- δίνει
- Παγκόσμιο
- γκολ
- καλός
- κυβερνώ
- μεγάλωσε
- Group
- Grow
- καλλιεργούνται
- Ανάπτυξη
- έντερο
- συνήθειες
- είχε
- Έχω
- επίνειο
- he
- Ήρωας
- υψηλότερο
- υψηλά
- αυτόν
- του
- ελπίζω
- νοσοκομείο
- οικοδεσπότης
- ΚΑΥΤΌ
- Πως
- Ωστόσο
- HTTPS
- τεράστιος
- Οι άνθρωποι
- i
- ιδέα
- προσδιορίζονται
- προσδιορίσει
- προσδιορισμό
- if
- σπουδαιότητα
- in
- αδυναμία
- Συμπεριλαμβανομένου
- ανεξάρτητος
- ατομικές
- Μεμονωμένα
- επιρροή
- πληροφορίες
- πληροφοριακός
- αρχικός
- ιδέες
- αντί
- Ινστιτούτο
- αλληλεπιδρώντας
- ενδιαφέρον
- International
- σε
- εισήγαγε
- αόρατος
- συμμετέχουν
- IT
- Ιταλία
- ΤΟΥ
- εαυτό
- ενταχθούν
- εντάχθηκαν
- άρθρωση
- μόλις
- Κλειδί
- Είδος
- Ξέρω
- Γνωρίζοντας
- γνωστός
- εργαστήριο
- Έλλειψη
- Οικόπεδο
- σε μεγάλο βαθμό
- μεγαλύτερος
- Λείπει
- Οδηγεί
- Διαρροές
- ΜΑΘΑΊΝΩ
- Led
- αριστερά
- μείον
- ας
- Επίπεδο
- ζωή
- φως
- Μου αρέσει
- Πιθανός
- Περιωρισμένος
- Λιστα
- λίγο
- λογική
- ματιά
- κοίταξε
- κοιτάζοντας
- Παρτίδα
- χαμηλότερα
- που
- περιοδικό
- κάνω
- ΚΑΝΕΙ
- Κατασκευή
- διαχείριση
- πολοί
- χαρτης
- θαλάσσιο
- Μασαχουσέτη
- Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης
- μαζική
- ύλη
- Θέματα
- Αυξάνω στον ανώτατο βαθμό
- μέσα
- μέτρησης
- απλώς
- Μεταβολισμός
- μέθοδος
- Μικροσκόπιο
- ενδέχεται να
- λεπτό
- MIT
- μικτός
- μοριακός
- μήνες
- μνημειώδης
- περισσότερο
- πλέον
- ως επί το πλείστον
- πολύ
- my
- μυστηριώδης
- όνομα
- ονόματα
- εθνικός
- σχεδόν
- αναγκαίως
- που απαιτούνται
- δίκτυο
- Νέα
- κόγχη
- ΝΙΗ
- Όχι.
- σημείωση
- τίποτα
- τώρα
- αριθμός
- παρατήρηση
- Εμφανή
- που συμβαίνουν
- ωκεανός
- of
- off
- προσφέρονται
- συχνά
- Πετρέλαιο
- on
- ONE
- αποκλειστικά
- επάνω σε
- ανοίγει
- Ευκαιρία
- or
- τάξη
- οργανικές
- καταγωγή
- πρωτότυπο
- ΑΛΛΑ
- Άλλα
- δικός μας
- έξω
- επί
- δική
- ζωγραφική
- ζεύγη
- Χαρτί
- συμμετέχοντας
- Ειδικότερα
- μέρη
- ασθενής
- πρότυπο
- πρότυπα
- Εκτελέστε
- άδεια
- φυσικός
- Φυσική
- αγωγού
- Φυτά
- Πλάτων
- Πληροφορία δεδομένων Plato
- Πλάτωνα δεδομένα
- παίκτες
- πολυμερή
- ποπ
- πληθυσμός
- πληθυσμών
- δυνατός
- ενδεχομένως
- δύναμη
- Πρακτικός
- προβλέψει
- Αναμενόμενος
- προβλεπόμενη
- πρόβλεψη
- Προβλέψεις
- προτιμήσεις
- προτιμάται
- συνταγογραφήσει
- παρουσία
- παρόν
- αρκετά
- πρωτίστως
- αρχές
- προβλήματα
- διαδικασια μας
- Διεργασίες
- Πρόγραμμα
- ιδιότητες
- ποσοστό
- προτείνει
- Πρωτεΐνες
- παρέχουν
- δημοσιεύθηκε
- βάζω
- Quantamamagazine
- ποσοτικός
- αναζήτηση
- ερώτηση
- Ερωτήσεις
- Γρήγορα
- γρήγορα
- ταχέως
- Τιμές
- πρόσφατος
- αναγνωρίζω
- αναγνωρίζοντας
- αναφορά
- σχετίζεται με
- απαιτήσεις
- έρευνα
- ερευνητές
- Αποτελέσματα
- επιστροφή
- Αποκαλυφθε'ντα
- Κριτικές
- δεξιά
- εύρωστος
- ρόλους
- ρίζες
- ρόστερ
- περίπου
- Άρθρο
- κανόνες
- τρέχει
- Είπε
- ίδιο
- λένε
- Κλίμακα
- Επιστήμη
- επιστημονικός
- Επιστήμονας
- επιστήμονες
- σκορ
- αναζήτηση
- δείτε
- φαινόταν
- αίσθηση
- ακολουθία
- σειρά
- Shape
- Shared
- μετατοπίστηκε
- ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ
- Κοντά
- θα πρέπει να
- έδειξε
- υπογράψουν
- παρόμοιες
- Απλούς
- απλοποίηση
- αφού
- ενιαίας
- κατάσταση
- So
- Μ.Κ.Δ
- έδαφος
- μερικοί
- κάποια μέρα
- κάπως
- κάτι
- μερικές φορές
- επιδιώξει
- Πηγή
- Πηγές
- Ισπανικά
- εκτείνεται
- ειδικούς
- συγκεκριμένες
- Φάσμα
- ακίδα
- άνοιξη
- Εκκίνηση
- ξεκίνησε
- Ξεκινήστε
- στατιστική
- προέκυψε
- Βήμα
- Ιστορία
- Στελέχη
- Παραλίες
- ισχυρός
- δομή
- μελετημένος
- Μελέτη
- μελετώντας
- ισχυρός
- αιφνίδιος
- ζάχαρη
- υποστηριζόνται!
- ασφαλώς
- έκπληκτος
- εκπληκτικός
- Ελβετός
- Πάρτε
- παίρνει
- ισχυρή γεύση
- Έργο
- ταξινόμηση
- τεχνικές
- Τεχνολογία
- πει
- λέει
- από
- ότι
- Η
- τους
- Τους
- τότε
- θεωρητικός
- θεωρία
- Εκεί.
- επομένως
- Αυτοί
- αυτοί
- πράγματα
- Σκέψη
- αυτό
- εκείνοι
- αν και?
- χιλιάδες
- Ευδοκιμούν
- ώρα
- προς την
- σήμερα
- μαζι
- είπε
- πολύ
- πήρε
- εργαλεία
- δέντρο
- αληθής
- προσπαθώ
- προσπαθώντας
- Γύρισε
- Στροφή
- μετατρέπει
- δύο
- τύπος
- τύποι
- τελικός
- αποκαλύπτω
- υπό
- καταλαβαίνω
- κατανόηση
- ξεδιπλώνοντας
- Παγκόσμιος
- πανεπιστήμιο
- άγνωστος
- us
- χρήση
- μεταχειρισμένος
- χρησιμοποιώντας
- ποικιλία
- Σταθερή
- ΦΠΑ
- Εναντίον
- πολύ
- Δες
- προβολή
- οράματα
- θέλω
- ήταν
- Τρόπος..
- τρόπους
- we
- webp
- ΛΟΙΠΌΝ
- πήγε
- ήταν
- Τι
- ανεξαρτήτως
- πότε
- αν
- Ποιό
- ενώ
- Ο ΟΠΟΊΟΣ
- WHY
- Άγριος
- θα
- ΚΡΑΣΙ
- με
- εντός
- χωρίς
- ξύλο
- Εργασία
- εργαζόμενος
- κόσμος
- θα
- Έγραψε
- έτος
- χρόνια
- ακόμη
- Εσείς
- Σας
- zephyrnet
- Ζυρίχη