Hệ vi sinh vật và mối liên kết với vật chủ

Thực vật và động vật là vật chủ của các quần xã vi sinh vật phức tạp, được gọi là hệ vi sinh vật của chúng. Các mối liên kết vật chủ-vi sinh vật này bao gồm từ các mối quan hệ cộng sinh cùng có lợi đến những mối quan hệ định hình sinh học vật chủ theo những cách tinh tế.

Definition

Hệ vi sinh vật là quần xã vi sinh vật liên kết với một vật chủ hoặc môi trường sống cụ thể, và các mối liên kết vật chủ là các mối quan hệ cộng sinh, từ hỗ sinh đến hội sinh, giữa vi sinh vật và vật chủ thực vật hoặc động vật của chúng.

Scope

Chủ đề này bao gồm khái niệm hệ vi sinh vật như một quần xã vi sinh vật liên kết với vật chủ hoặc môi trường; sự đa dạng và chức năng của các quần xã liên kết với vật chủ; các mối quan hệ cộng sinh kinh điển như nốt sần cố định đạm và quần xã ruột của động vật nhai lại; các phương pháp được sử dụng để mô tả hệ vi sinh vật bằng cách giải trình tự; và các nguyên tắc chung về cách các đối tác vi sinh vật ảnh hưởng đến dinh dưỡng, sự phát triển và khả năng phòng vệ của vật chủ.

Core questions

• Hệ vi sinh vật là gì và nó được đặc trưng như thế nào?
• Các quần xã vi sinh vật liên kết với vật chủ thực vật và động vật như thế nào?
• Các vi sinh vật liên kết với vật chủ cung cấp những chức năng gì?
• Các phương pháp giải trình tự tiết lộ thành phần hệ vi sinh vật như thế nào?

Key concepts

• Khái niệm hệ vi sinh vật
• Hỗ sinh, hội sinh và cộng sinh
• Cộng sinh cố định đạm và cộng sinh đường ruột
• Phân tích quần xã dựa trên trình tự
• Sự đóng góp của vi sinh vật vào chức năng vật chủ

Key theories

Phân tích hệ vi sinh vật không phụ thuộc nuôi cấy

Giải trình tự các gen chỉ thị và toàn bộ quần xã trực tiếp từ mẫu vật chủ hoặc môi trường đã tiết lộ thành phần của hệ vi sinh vật mà không cần nuôi cấy, làm thay đổi nghiên cứu về các mối liên kết vật chủ-vi sinh vật.

Mechanisms

Các vi sinh vật liên kết với vật chủ xâm chiếm các mô và bề mặt cụ thể, nơi chúng tương tác với vật chủ và với nhau. Trong nhiều mối quan hệ cộng sinh, vi sinh vật cung cấp các chức năng mà vật chủ không thể thực hiện, chẳng hạn như cố định đạm cho cây họ đậu hoặc tiêu hóa vật liệu thực vật trong ruột động vật ăn cỏ, trong khi vật chủ cung cấp chất dinh dưỡng và môi trường sống. Hệ vi sinh vật được đặc trưng bằng cách chiết xuất DNA của quần xã và giải trình tự các gen chỉ thị hoặc toàn bộ bộ gen để tiết lộ thành phần và tiềm năng chức năng.

Clinical relevance

Các quần xã vi sinh vật liên kết với vật chủ đóng góp vào dinh dưỡng, sự phát triển và khả năng kháng lại sự xâm chiếm của vi sinh vật có hại ở thực vật và động vật, và việc nghiên cứu hệ vi sinh vật cung cấp thông tin cho nông nghiệp, khoa học môi trường và nghiên cứu về cách các quần xã vi sinh vật liên quan đến sinh học vật chủ.

History

Các nghiên cứu kinh điển về các mối quan hệ cộng sinh như cố định đạm trong nốt sần cây họ đậu, được Beijerinck và những người khác điều tra, đã xác định rằng vi sinh vật hình thành các mối quan hệ đối tác thiết yếu với vật chủ. Sự phát triển sau này của giải trình tự không phụ thuộc nuôi cấy, dựa trên các phương pháp như của Pace, đã mở ra nghiên cứu có hệ thống về các hệ vi sinh vật phức tạp.

Key figures

• Norman Pace
• Martinus Beijerinck

Seminal works

• pace1997
• madigan2018

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa hệ vi sinh vật và quần xã vi sinh vật là gì?

Quần xã vi sinh vật là bất kỳ tập hợp các vi sinh vật tương tác nào trong một môi trường chung. Hệ vi sinh vật thường đề cập đến quần xã liên kết với một vật chủ hoặc môi trường sống cụ thể, thường được xem xét cùng với các gen và chức năng tập thể của nó.