Mikrobiyal Ekoloji ve Çeşitlilik
Mikrobiyal ekoloji ve çeşitlilik, mikroorganizmaların şaşırtıcı çeşitliliğini, evrimsel ilişkilerini ve biyosferdeki topluluklar ile ekosistemlerde oynadıkları rolleri incelemektedir.
Tanım
Mikrobiyal ekoloji ve çeşitlilik, mikroorganizmaların çeşitliliğini, evrimsel ilişkilerini ve birbirleriyle ve çevreleriyle olan etkileşimlerini inceleyen bir çalışma alanıdır.
Kapsam
Bu alan, moleküler dizilere dayalı olarak yaşamın üç ana domain'e (alan) filogenetik organizasyonunu; bakteri, arke ve mikrobiyal ökaryotların çeşitliliğini; zorlu ortamlarda gelişen arkeleri ve ekstremofilleri; mikrobiyal toplulukların ve biyofilmlerin yapısını ve işlevini; konakla ilişkili mikrobiyomları; ve kültürlenemeyen çoğunluğu ortaya çıkaran kültürden bağımsız moleküler yöntemleri kapsamaktadır. Mikropları, biyokimyasal döngülerin ve ekosistem işlevinin temeli olarak konumlandırmaktadır.
Alt konular
Temel sorular
- Mikroorganizmalar birbirleriyle ve diğer yaşam formlarıyla nasıl ilişkilidir?
- Mikrobiyal yaşamın engin çeşitliliğini ne açıklamaktadır?
- Mikrobiyal topluluklar nasıl bir araya gelmekte ve işlev görmektedir?
- Moleküler yöntemler, kültürlenemeyen mikropları nasıl ortaya çıkarmaktadır?
Temel kuramlar
- Yaşamın Üç Domain'li Ağacı
- Ribozomal RNA dizilerinin karşılaştırılması, yaşamın Bakteri, Arke ve Ökarya olmak üzere üç domain'e ayrıldığını ve arkelerin ayrı bir soy hattı oluşturduğunu ortaya koyarak, evrimsel ilişkiler hakkındaki anlayışı yeniden şekillendirmiştir.
- Mikrobiyal Çeşitliliğin Moleküler Görünümü
- Çevreden alınan ribozomal RNA genlerinin kültürden bağımsız dizilenmesi, mikrobiyal çeşitliliğin büyük çoğunluğunun daha önce hiç kültürlenmediğini göstermiş, bu da mikrobiyal yaşamın kapsamı ve yapısı hakkındaki tahminleri dönüştürmüştür.
Mekanizmalar
Mikroplar arasındaki filogenetik ilişkiler, özellikle evrimsel kronometre görevi gören ribozomal RNA genleri gibi korunmuş moleküler dizilerden çıkarılmaktadır. Kültürden bağımsız yöntemler, bu genleri doğrudan çevresel örneklerden çoğaltıp dizileyerek, kültürleme olmaksızın topluluk bileşimini ortaya koymaktadır. Topluluklar içinde mikroplar, rekabet, işbirliği ve metabolik alışveriş yoluyla etkileşime girmekte, ekosistem süreçlerini yönlendiren biyofilmler ve mikrobiyomlar gibi yapılandırılmış topluluklar halinde organize olmaktadır.
Klinik önem
Mikrobiyal topluluklar, karbon, azot, kükürt ve diğer elementlerin küresel döngüsünü yönlendirmekte, toprak verimliliğini ve su kalitesini sürdürmekte ve bitki ve hayvanların biyolojisini etkileyen konakla ilişkili mikrobiyomlar oluşturmaktadır. Bu durum, mikrobiyal ekolojiyi çevre bilimi, tarım ve sağlıkla ilgili araştırmalar için temel bir alan haline getirmektedir.
Tarihçe
Mikrobiyal ekoloji, on dokuzuncu yüzyılın sonlarında Winogradsky ve Beijerinck tarafından kurulmuştur. Carl Woese'nin 1970'lerdeki ribozomal RNA çalışmaları, yaşamın üç domain'ini ve arkelerin farklılığını ortaya koymuştur. Norman Pace ve diğerleri ise daha sonra moleküler yöntemler kullanarak doğadaki mikrobiyal çeşitliliğin çoğunun kültürlenemediğini göstermiştir.
Öne çıkan isimler
- Carl Woese
- Norman Pace
- Sergei Winogradsky
- Martinus Beijerinck
İlgili konular
Temel eserler
- woese1977
- pace1997
- madigan2018
Sıkça sorulan sorular
- Çoğu mikrop neden kültürlenemez olarak kabul edilmektedir?
- Doğal ortamların moleküler araştırmaları, laboratuvarda yetiştirilebilenden çok daha fazla mikrobiyal çeşitlilik tespit etmektedir; çünkü çoğu mikrobun belirli veya bilinmeyen büyüme gereksinimleri bulunmaktadır. Kültürden bağımsız dizileme, bu organizmaları kültürlenmemiş olsalar bile ortaya çıkarmaktadır.
- Yaşamın üç domain'i nelerdir?
- Moleküler dizi karşılaştırmalarına dayanarak, yaşam Bakteri, Arke ve Ökarya olmak üzere üç domain'e ayrılmaktadır. Arkeler, bakterilerden farklı bir soy hattı oluşturan prokaryotlardır; bu keşif, evrimsel ilişkiler hakkındaki görüşleri yeniden şekillendirmiştir.
Bu kavram için yöntemler
- Metagenomic Binning
- Multi-omics microbiome diversity analysis
- Single-cell Microbiome Diversity Analysis
- Time-series microbiome diversity analysis
- Network-based microbiome diversity analysis
- Bayesian Microbiome Diversity Analysis
- Rhizosphere Amplicon Analysis
- Machine learning-assisted microbiome diversity analysis