Ученые выясняют, как микроорганизмы развивают совместное поведение

Синтрофия играет важную роль в глобальном углеродном цикле, опосредуя преобразование органического вещества в метан, который примерно в 30 раз более мощный, чем углекислый газ, как парниковый газ и является источником устойчивой энергии. В кишечнике человека триллионы микробных клеток также взаимодействуют друг с другом и с другими видами, чтобы модулировать физиологию своего человеческого хозяина.
Следовательно, расшифровка природы, эволюции и механизма синтрофных межвидовых взаимодействий имеет фундаментальное значение для понимания микробных процессов, производства биоэнергии и экологической устойчивости и управления ими.

Однако наше понимание того, что движет этими взаимодействиями, как они развиваются и как их нарушение может привести к болезням или нестабильности экосистемы, недостаточно хорошо изучено.
Исследователи и сотрудники ISB стремились решить эти фундаментальные вопросы, чтобы пролить свет на то, как межвидовые взаимодействия, в частности, сотрудничество, возникают, развиваются и поддерживаются. Их результаты открывают новое окно для понимания ключевой роли этих взаимодействий в промышленных приложениях, а также в здоровье и болезнях людей, животных и растений.

Исследование основано на предыдущей работе по синтрофическим взаимодействиям между двумя микробами – Desulfovibrio vulgaris (Dv) и Methanococcus maripaludis (Mm), которые сосуществуют в различных средах (кишечник, почва и т. Д.).) и играют центральную роль на важном этапе биогеохимического круговорота углерода.
Благодаря мультидисциплинарному подходу, охватывающему системную биологию, микробиологию, эволюционную биологию и другие дисциплины, исследователи проанализировали огромное количество данных о последовательности генома, полученных из более чем 400 образцов. Они исследовали временные и комбинаторные паттерны, в которых мутации накапливались у обоих организмов в течение 1000 поколений, картировали клоны с помощью секвенирования отдельных клеток с высоким разрешением и охарактеризовали приспособленность и кооперативность пар их индивидуальных изолятов.

Команда обнаружила убедительные доказательства того, что мутации, накопленные в процессе эволюции, создают положительные генетические взаимодействия между редкими особями микробного сообщества. Эти генетические взаимодействия повышают кооперативность этих редких микробных сообществ, что позволяет им сохраняться с очень низкой частотой в более крупной продуктивной популяции. Кроме того, исследователи обнаружили один из первых примеров параллельной эволюции, i.е., накопление мутаций в схожих генах в независимо развивающихся популяциях, лежащих в основе эволюции обоих организмов в мутуалистическом сообществе.

«Это исследование является значительным шагом в понимании и управлении ранними адаптивными событиями в эволюции мутуалистических взаимодействий с широким спектром приложений для биотехнологии, медицины и окружающей среды», – сказал д-р. Сердар Туркарслан, старший научный сотрудник лаборатории ISB Baliga Lab и ведущий автор статьи, недавно опубликованной в The ISME Journal.
Эти открытия представляют большой интерес, потому что они объясняют, как различные микробные популяции сосуществуют в динамично изменяющихся средах, таких как реакторы, отложения озер и кишечник человека.

Более того, исследование включает в себя многомасштабный системный анализ различных видов продольных наборов данных и экспериментальную проверку гипотез для характеристики сложного явления, возникающего в результате взаимодействий на генетическом уровне между двумя членами микробного сообщества.
«Методологии, идеи и ресурсы, полученные в результате этого исследования, будут иметь широкое применение для изучения других межвидовых взаимодействий и эволюционных явлений», – сказал профессор ISB, директор и старший вице-президент д-р.

Нитин Балига, соавтор статьи. «Один из фундаментальных вопросов биологии заключается в том, можем ли мы предсказать и модулировать межвидовые взаимодействия, например, между патогенами и окружающей их средой. Если мы поймем, какие гены управляют взаимодействием патогенов с хозяином, мы сможем разработать методы лечения, которые изменят микросреду хозяина и допустимость инфекции, или путем прямого изменения распознавания патогенов. Для промышленных приложений мы можем быстро отсеивать наиболее совместные мутации в различных микробных консорциумах, чтобы облегчить производство общественных благ."

1 комментарий к “Ученые выясняют, как микроорганизмы развивают совместное поведение”

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *