ไมโครไบโอมและความสัมพันธ์กับโฮสต์

พืชและสัตว์เป็นแหล่งอาศัยของชุมชนจุลินทรีย์ที่ซับซ้อน ซึ่งเรียกว่าไมโครไบโอม และความสัมพันธ์ระหว่างโฮสต์กับจุลินทรีย์เหล่านี้มีตั้งแต่ภาวะพึ่งพาอาศัยกันที่เป็นประโยชน์ร่วมกัน ไปจนถึงความสัมพันธ์ที่ส่งผลต่อชีววิทยาของโฮสต์ในรูปแบบที่ละเอียดอ่อน

Definition

ไมโครไบโอมคือชุมชนของจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับโฮสต์หรือแหล่งที่อยู่เฉพาะ และความสัมพันธ์กับโฮสต์คือความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกัน ซึ่งมีตั้งแต่ภาวะพึ่งพาอาศัยกัน (mutualism) ไปจนถึงภาวะอิงอาศัย (commensalism) ระหว่างจุลินทรีย์กับพืชหรือสัตว์ที่เป็นโฮสต์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมแนวคิดของไมโครไบโอมในฐานะชุมชนของจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับโฮสต์หรือสิ่งแวดล้อม; ความหลากหลายและหน้าที่ของชุมชนที่เกี่ยวข้องกับโฮสต์; ภาวะพึ่งพาอาศัยกันแบบคลาสสิก เช่น ปมรากตรึงไนโตรเจนและชุมชนในลำไส้สัตว์เคี้ยวเอื้อง; วิธีการที่ใช้ในการจำแนกลักษณะไมโครไบโอมด้วยการจัดลำดับสารพันธุกรรม; และหลักการทั่วไปที่ว่าจุลินทรีย์คู่ค้ามีอิทธิพลต่อโภชนาการ การพัฒนา และการป้องกันของโฮสต์อย่างไร

Core questions

• ไมโครไบโอมคืออะไร และมีลักษณะเฉพาะอย่างไร?
• ชุมชนจุลินทรีย์มีความสัมพันธ์กับพืชและสัตว์ที่เป็นโฮสต์อย่างไร?
• จุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับโฮสต์มีหน้าที่อะไรบ้าง?
• วิธีการจัดลำดับสารพันธุกรรมเผยให้เห็นองค์ประกอบของไมโครไบโอมได้อย่างไร?

Key concepts

• แนวคิดไมโครไบโอม
• ภาวะพึ่งพาอาศัยกัน (Mutualism), ภาวะอิงอาศัย (Commensalism) และภาวะพึ่งพาอาศัยกัน (Symbiosis)
• การตรึงไนโตรเจนและภาวะพึ่งพาอาศัยกันในลำไส้
• การวิเคราะห์โปรไฟล์ชุมชนโดยใช้ลำดับสารพันธุกรรม
• การมีส่วนร่วมของจุลินทรีย์ต่อการทำงานของโฮสต์

Key theories

การวิเคราะห์ไมโครไบโอมแบบไม่พึ่งพาการเพาะเลี้ยง

การจัดลำดับยีนเครื่องหมายและชุมชนทั้งหมดโดยตรงจากตัวอย่างโฮสต์หรือสิ่งแวดล้อมได้เปิดเผยองค์ประกอบของไมโครไบโอมโดยไม่ต้องเพาะเลี้ยง ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างโฮสต์กับจุลินทรีย์

Mechanisms

จุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับโฮสต์จะเข้ายึดครองเนื้อเยื่อและพื้นผิวที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งพวกมันจะทำปฏิกิริยากับโฮสต์และระหว่างกันเอง ในภาวะพึ่งพาอาศัยกันหลายกรณี จุลินทรีย์จะทำหน้าที่ที่โฮสต์ไม่สามารถทำได้ เช่น การตรึงไนโตรเจนสำหรับพืชตระกูลถั่ว หรือการย่อยสลายพืชในลำไส้ของสัตว์กินพืช ในขณะที่โฮสต์จัดหาธาตุอาหารและแหล่งที่อยู่ ไมโครไบโอมถูกจำแนกลักษณะโดยการสกัดดีเอ็นเอของชุมชนและจัดลำดับยีนเครื่องหมายหรือจีโนมทั้งหมดเพื่อเปิดเผยองค์ประกอบและศักยภาพในการทำงาน

Clinical relevance

ชุมชนจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับโฮสต์มีส่วนช่วยในการเจริญเติบโต การพัฒนา และการต้านทานการเข้ายึดครองโดยจุลินทรีย์ที่เป็นอันตรายของพืชและสัตว์ และการศึกษาไมโครไบโอมให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ต่อการเกษตร วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม และการวิจัยเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างชุมชนจุลินทรีย์กับชีววิทยาของโฮสต์

History

การศึกษาแบบคลาสสิกเกี่ยวกับภาวะพึ่งพาอาศัยกัน เช่น การตรึงไนโตรเจนในปมถั่ว ซึ่งดำเนินการโดย Beijerinck และคณะ ได้ยืนยันว่าจุลินทรีย์สร้างความสัมพันธ์ที่จำเป็นกับโฮสต์ การพัฒนาการจัดลำดับสารพันธุกรรมที่ไม่ต้องเพาะเลี้ยงในภายหลัง ซึ่งต่อยอดจากแนวทางของ Pace ได้เปิดโอกาสให้มีการศึกษาไมโครไบโอมที่ซับซ้อนอย่างเป็นระบบ

Key figures

• Norman Pace
• Martinus Beijerinck

Seminal works

• pace1997
• madigan2018

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างไมโครไบโอมกับชุมชนจุลินทรีย์คืออะไร?

ชุมชนจุลินทรีย์คือกลุ่มของจุลินทรีย์ที่ทำปฏิกิริยาต่อกันในสภาพแวดล้อมร่วมกัน ไมโครไบโอมมักจะหมายถึงชุมชนที่เกี่ยวข้องกับโฮสต์หรือแหล่งที่อยู่เฉพาะ ซึ่งมักจะพิจารณาร่วมกับยีนและหน้าที่โดยรวมของมัน