Микробиомы и ассоциации с хозяином

Растения и животные являются хозяевами сложных микробных сообществ, их микробиомов, и эти ассоциации хозяин-микроб варьируются от взаимовыгодных симбиозов до отношений, которые тонко формируют биологию хозяина.

Definition

Микробиом — это сообщество микроорганизмов, ассоциированных с конкретным хозяином или средой обитания, а ассоциации с хозяином — это симбиотические отношения, варьирующиеся от мутуализма до комменсализма, между микробами и их растительными или животными хозяевами.

Scope

Эта тема охватывает концепцию микробиома как сообщества микробов, ассоциированных с хозяином или окружающей средой; разнообразие и функции сообществ, ассоциированных с хозяином; классические симбиозы, такие как азотфиксирующие корневые клубеньки и сообщества рубца жвачных животных; методы, используемые для характеристики микробиомов путем секвенирования; и общие принципы того, как микробные партнеры влияют на питание, развитие и защиту хозяина.

Core questions

• Что такое микробиом и как его характеризуют?
• Как микробные сообщества ассоциируются с растительными и животными хозяевами?
• Какие функции выполняют ассоциированные с хозяином микробы?
• Как методы секвенирования выявляют состав микробиома?

Key concepts

• Концепция микробиома
• Мутуализм, комменсализм и симбиоз
• Азотфиксирующие и кишечные симбиозы
• Секвенирование для профилирования сообществ
• Вклад микробов в функции хозяина

Key theories

Культурально-независимый анализ микробиома

Секвенирование маркерных генов и целых сообществ непосредственно из образцов хозяина или окружающей среды позволило выявить состав микробиомов без культивирования, что преобразовало изучение ассоциаций хозяин-микроб.

Mechanisms

Ассоциированные с хозяином микробы колонизируют специфические ткани и поверхности, где они взаимодействуют с хозяином и друг с другом. Во многих симбиозах микробы обеспечивают функции, которые хозяин не может выполнять, такие как фиксация азота для бобовых или переваривание растительного материала в кишечнике травоядных, в то время как хозяин поставляет питательные вещества и среду обитания. Микробиомы характеризуются путем извлечения ДНК сообщества и секвенирования маркерных генов или целых геномов для выявления состава и функционального потенциала.

Clinical relevance

Ассоциированные с хозяином микробные сообщества способствуют питанию, развитию растений и животных, а также их устойчивости к колонизации вредными микробами, а изучение микробиомов лежит в основе сельского хозяйства, наук об окружающей среде и исследований того, как микробные сообщества связаны с биологией хозяина.

History

Классические исследования симбиозов, таких как фиксация азота в клубеньках бобовых, исследованные Бейеринком и другими, установили, что микробы образуют существенные партнерства с хозяевами. Более позднее развитие культурально-независимого секвенирования, основанное на подходах, подобных тем, что использовал Пейс, открыло систематическое изучение сложных микробиомов.

Key figures

• Norman Pace
• Martinus Beijerinck

Seminal works

• pace1997
• madigan2018

Frequently asked questions

В чем разница между микробиомом и микробным сообществом?

Микробное сообщество — это любое скопление взаимодействующих микробов в общей среде. Микробиом обычно относится к сообществу, ассоциированному с конкретным хозяином или средой обитания, часто рассматриваемому вместе с его коллективными генами и функциями.