Mikrobiome und Wirtsassoziationen

Pflanzen und Tiere beherbergen komplexe mikrobielle Gemeinschaften, ihre Mikrobiome, und diese Wirt-Mikroben-Assoziationen reichen von gegenseitig vorteilhaften Symbiosen bis hin zu Beziehungen, die die Wirtsbiologie auf subtile Weise prägen.

Definition

Ein Mikrobiom ist die Gemeinschaft von Mikroorganismen, die mit einem bestimmten Wirt oder Habitat assoziiert sind, und Wirtsassoziationen sind die symbiotischen Beziehungen, die von Mutualismus bis Kommensalismus reichen, zwischen Mikroben und ihren Pflanzen- oder Tierwirten.

Scope

Dieses Thema behandelt das Konzept des Mikrobioms als Gemeinschaft von Mikroben, die mit einem Wirt oder einer Umgebung assoziiert sind; die Vielfalt und Funktionen wirtassoziierter Gemeinschaften; klassische Symbiosen wie stickstofffixierende Wurzelknöllchen und Wiederkäuer-Darmgemeinschaften; die Methoden zur Charakterisierung von Mikrobiomen durch Sequenzierung; und die allgemeinen Prinzipien, wie mikrobielle Partner die Ernährung, Entwicklung und Abwehr des Wirts beeinflussen.

Core questions

• Was ist ein Mikrobiom und wie wird es charakterisiert?
• Wie assoziieren mikrobielle Gemeinschaften mit Pflanzen- und Tierwirten?
• Welche Funktionen erfüllen wirtassoziierte Mikroben?
• Wie decken Sequenzierungsmethoden die Zusammensetzung des Mikrobioms auf?

Key concepts

• Das Mikrobiom-Konzept
• Mutualismus, Kommensalismus und Symbiose
• Stickstofffixierende und Darmsymbiosen
• Sequenzbasierte Gemeinschaftsprofilierung
• Mikrobielle Beiträge zur Wirtsfunktion

Key theories

Kulturunabhängige Mikrobiomanalyse

Die Sequenzierung von Marker-Genen und ganzen Gemeinschaften direkt aus Wirts- oder Umweltproben enthüllte die Zusammensetzung von Mikrobiomen ohne Kultivierung und revolutionierte die Erforschung von Wirt-Mikroben-Assoziationen.

Mechanisms

Wirtassoziierte Mikroben besiedeln spezifische Gewebe und Oberflächen, wo sie mit dem Wirt und untereinander interagieren. In vielen Symbiosen stellen Mikroben Funktionen bereit, die der Wirt nicht ausführen kann, wie die Stickstofffixierung für Leguminosen oder die Verdauung von Pflanzenmaterial im Darm von Pflanzenfressern, während der Wirt Nährstoffe und Lebensraum liefert. Mikrobiome werden charakterisiert, indem die Gemeinschafts-DNA extrahiert und Marker-Gene oder ganze Genome sequenziert werden, um die Zusammensetzung und das funktionelle Potenzial aufzudecken.

Clinical relevance

Wirtassoziierte mikrobielle Gemeinschaften tragen zur Ernährung, Entwicklung und Resistenz von Pflanzen und Tieren gegen die Kolonisierung durch schädliche Mikroben bei, und die Erforschung von Mikrobiomen beeinflusst die Landwirtschaft, Umweltwissenschaften und die Forschung darüber, wie mikrobielle Gemeinschaften mit der Wirtsbiologie zusammenhängen.

History

Klassische Studien von Symbiosen wie der Stickstofffixierung in Leguminosenknöllchen, die unter anderem von Beijerinck untersucht wurden, zeigten, dass Mikroben essentielle Partnerschaften mit Wirten eingehen. Die spätere Entwicklung der kulturunabhängigen Sequenzierung, aufbauend auf Ansätzen wie denen von Pace, eröffnete die systematische Untersuchung komplexer Mikrobiome.

Key figures

• Norman Pace
• Martinus Beijerinck

Seminal works

• pace1997
• madigan2018

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen einem Mikrobiom und einer mikrobiellen Gemeinschaft?

Eine mikrobielle Gemeinschaft ist jede Ansammlung interagierender Mikroben in einer gemeinsamen Umgebung. Ein Mikrobiom bezieht sich in der Regel auf die Gemeinschaft, die mit einem spezifischen Wirt oder Habitat assoziiert ist, oft zusammen mit ihren kollektiven Genen und Funktionen betrachtet.