Społeczności drobnoustrojów są szeroko stosowanymi dostawcami biotechnologii w procesach takich jak produkcja biopaliw i nowej żywności lub wspomaganie lepszego wzrostu upraw. Aby zaprojektować udane społeczności, naukowcy muszą przewidzieć, czy mikroorganizmy mogą żyć i współpracować. Jedna z popularnych reguł prognostycznych głosi, że jeśli para drobnoustrojów będzie współistnieć, będą one również współistnieć w większej społeczności drobnoustrojów. Badanie opublikowane w Science wykazało, że ta prosta zasada nie zawsze będzie działać.
Podobnie jak rośliny i zwierzęta, mikroorganizmy żyją w złożonych zbiorowiskach ekologicznych składających się z wielu współistniejących ze sobą gatunków. Społeczności te znajdują się na całej planecie, a także odgrywają coraz większą i wysoce obiecującą rolę w biotechnologii. Społeczności drobnoustrojów są projektowane do produkcji biopaliw i innych niezbędnych produktów w biorafineriach, do tworzenia nowej żywności lub do lepszego wzrostu upraw. Dlatego głównym celem biotechnologii jest nauczenie się, jak zaprojektować te społeczności, aby poprawić świadczone przez nie usługi.
Jedną z głównych przeszkód dla inżynierii społeczności drobnoustrojów jest to, że nie wszystkie mikroorganizmy będą ze sobą współistnieć. Nawet jeśli uda nam się zaprojektować społeczność drobnoustrojów o dużym potencjale, jest bardzo prawdopodobne, że wielu jej członków wyginie. Dlatego naukowcy próbują znaleźć sposoby przewidywania, czy gatunki będą ze sobą współistnieć.
„Próbujemy zrozumieć oszałamiającą różnorodność, którą widzimy w społecznościach bakterii. Jak tak wiele gatunków może współistnieć w tej samej społeczności?” powiedział Djordje Bajić, adiunkt w mikrobiologii przemysłowej / Delft University of Technology.
Prosta zasada
Naukowcy z University of Pennsylvania, Centro Nacional de Biotecnología Hiszpańskiej Narodowej Rady ds. Badań Naukowych, Delft University of Technology i Yale University badali sposoby przewidywania współistnienia bakterii w złożonych społecznościach. W artykule Changa i in. w złożonych społecznościach drobnoustrojów.
Aby przetestować tę hipotezę, autorzy postanowili rozdzielić dwanaście różnych społeczności drobnoustrojów zawierających od trzech do dziesięciu współistniejących gatunków. Następnie rywalizowali z każdą możliwą parą mikroorganizmów i odkryli, że w przeciwieństwie do powyższej hipotezy, większość par nie współistniała. Innymi słowy, prosta zasada przewidywania współistnienia nie zawsze będzie działać, co wskazuje, że jeśli chodzi o współistnienie, całość jest często czymś więcej niż sumą części.
Nowe narzędzia predykcyjne
Artykuł Changa podkreśla, że ważny problem przewidywania, które drobnoustroje mogą żyć razem, nie został jeszcze rozwiązany, podkreślając potrzebę zbudowania nowych narzędzi predykcyjnych. Chociaż może to być postrzegane jako zła wiadomość, w rzeczywistości stanowi ogromny krok naprzód poprzez ustalenie, że w społecznościach drobnoustrojów całość to znacznie więcej niż suma jej części. Pomoże nam to zbudować nowe modele, które mogą ostatecznie pomóc nam zaprojektować społeczności drobnoustrojów.
„Staramy się zrozumieć oszałamiającą różnorodność, jaką obserwujemy w społecznościach bakteryjnych” – mówi Djordje Bajić, adiunkt w mikrobiologii przemysłowej. „Jak tak wiele gatunków może współistnieć w tej samej społeczności?” Zrozumienie, w jaki sposób bakterie współistnieją, jest ważne dla lepszego zrozumienia naszego świata, ponieważ społeczności drobnoustrojów kolonizują prawie każdą powierzchnię na naszej planecie, Bajić wyjaśnia: „Odgrywają one rolę w globalnym obiegu pierwiastków i są niezbędne dla zdrowia naszego własnego mikrobiomu jelitowego. To badanie z pewnością będzie miało wpływ na nasze zrozumienie społeczności drobnoustrojów i mikrobiomu. Pomoże również w budowaniu modeli i technologii do projektowania mikrobiomów i kierowania istniejących w kierunku pożądanych stanów w wielu zastosowaniach: na przykład w zdrowiu, oczyszczaniu ścieków, produkcji zrównoważonych biopestycydów. i bionawozy na bazie drobnoustrojów”.
Impreza bakterii
Możesz myśleć o tym badaniu tak, jakbyś był na przyjęciu, na którym lubisz wielu ludzi, ale nie lubisz wielu innych. Ustalono, że aby dobrze się bawić, musisz lubić wszystkich na imprezie. Oczywiście nie musi tak być. Możesz po prostu zignorować osoby, których nie lubisz i spędzić noc rozmawiając z innymi ludźmi. Możesz nawet uczestniczyć w dyskusjach z ludźmi, których mniej lubisz, i nadal dobrze się bawić, o ile inne osoby również biorą udział w tych rozmowach.