Дизайнерские микробиомы как способ управления планетой

Синтетическая экология поможет решить ряд проблем за счет создания специальных микробиомов в окружающей среде, считают ученые Бостонского Университета

Известно, что различные микробиомы — например, тот, который состоит из всех бактерий в нашем кишечнике — могут быть использованы для улучшения здоровья человека и лечения болезней.

Но Даниэль Сегре, директор Microbiome Initiative Бостонского университета, нацелился на более амбициозное видение: «Мы можем поддерживать всю нашу планету, а не только собственное здоровье».

Вместе с коллегами в области синтетической и системной биологии он сейчас изучает микробиомы — микроскопические сообщества бактерий, грибов или их комбинации, которые могли бы пригодится для выполнения важных задач: поглощение большего количества атмосферного углерода, защита коралловых рифов от закисления океана, повышение плодородия и урожайности сельскохозяйственных земель, а также поддержка роста лесных деревьев и других растений, несмотря на изменение климата.

 — Микробиомы влияют на нас как на людей через свои собственные метаболические процессы, они влияют на нашу планету через то, что они потребляют и выделяют, они помогают создавать кислород, которым мы дышим. Давным-давно микробы сделали возможной многоклеточную жизнь. И сегодня, благодаря научным достижениями, мы можем настраивать поведение микробиома, подход, который можно назвать «синтетической экологией», — говорит Сегре.

 — Более традиционный подход синтетической биологии заключался бы в манипулировании геномами микробов. Но мы пытаемся управлять микробными экосистемами с помощью молекул окружающей среды, — добавил он.

В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, группа исследователей под руководством Сегре изучала, как присутствие 32 различных молекул или питательных веществ в окружающей среде, по отдельности или в сочетании с другими, влияет на рост скорость микробных сообществ и сочетание различных видов, составляющих данный микробиом.

«Мы взяли за идею некую модель диеты, как, например, в случае с исследованиями, где изучались различия в микробиоме кишечника человекана основе западной диеты и диеты охотника-собирателя. Диеты охотников-собирателей, включающие широкий спектр растительных источников пищи, считаются гораздо более разнообразными, чем западная диета. Поэтому считается, что диета охотников-собирателей способствует более здоровому кишечнику», — рассказывает Алан Пачеко, получивший докторскую степень в области биоинформатики, работая в лаборатории Сегре.

Результаты экспериментов удивили команду. Ожидалось, что при подаче разнообразной пищи, содержащей ряд углеродов, включая сахара, аминокислоты и сложные полимеры, будет рост и увеличение разнообразия микробиомов.

Вместо этого ученые заметили, что конкуренция за пищу между различными видами микробов препятствует диверсификации микробного сообщества. Но когда углеродов, вне зависимости от источника, было с избытком, микробиомы процветали.

«Мы обнаружили, что рост микробиомов зависит от общего количества источников углерода, но не от разнообразия этих источников. Это похоже на людей на пикнике — если на пикник придет достаточно людей, независимо от того, какое количество различных продуктов питания на столах, в конечном итоге все будет съедено. Во многих наших экспериментах сообщества микробов использовали все источники углерода до последней капли в полной мере», — говорит Сегре.

«Наши эксперименты показали, что решающим модулятором микробного разнообразия является то, насколько эти разные организмы конкурируют друг с другом за ресурсы. Чем больше организмов соревнуются, тем менее разнообразным будет это сообщество», сказал Пачеко.

Команда планирует продолжить исследования, чтобы разблокировать тайну микробиомов и в конечном итоге выработать стратегию поддержки микроорганизмов в естественных экосистемах.

Источник

Поделиться новостью
Перейти к верхней панели