Микробиом состоит из множества бактерий, вирусов и грибов, которые существуют в многоклеточном организме или на его поверхности. Взаимодействие клеток организма и микробиома формирует структурную, а зачастую и функциональную единицу — так называемый метаорганизм. Эти взаимодействия существенно влияют на биологию как хозяина, так и связанных с ним микробов.
Центр совместных исследований (CRC) 1182 «Происхождение и функции метаорганизмов» в Кильском университете на протяжении последнего десятилетия подробно изучает эти взаимодействия.
До сих пор мало внимания уделялось тому, как эти взаимодействия действительно формируют эволюцию хозяев и связанных с ними микроорганизмов.
Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, исследователи CRC, включая доктора Боба Уика и профессора Хинриха Шуленбурга, который также является представителем CRC 1182, объединили усилия с международными коллегами, включая профессора Брендана Боханнана из Университета Орегона и сотрудника программы Mercator CRC 1182.
На основе критического анализа существующей теории эта международная группа учёных предлагает несколько новых теоретических подходов и концептуальных рамок для стимулирования и направления новых исследований о том, как взаимодействия хозяина и микробиома формируют процесс и динамику эволюции. Эти новые концепции опубликованы сегодня в Nature Ecology and Evolution.
Изучение взаимодействий хозяина и микроба и их участия в центральных процессах жизнедеятельности находится в центре современных исследований в области наук о жизни.
Исследователи показали в широком спектре исследований, что ассоциированные с хозяином микробиомы могут влиять на многие ключевые функции своих хозяев и тем самым влиять на эволюционную приспособленность организмов. Действительно, несколько исследований убедительно показывают, что микробиом решительно поддерживает способность хозяина адаптироваться к новым условиям окружающей среды и тем самым формирует эволюцию хозяина.
Это далеко идущее влияние удивительно, поскольку микробы, ассоциированные с хозяином, не обязательно передаются от родителей к потомству, в то время как для эволюции требуется своего рода наследование от одного поколения к другому. Это поднимает вопрос о том, как черты, опосредованные микробиомом, действительно передаются из поколения в поколение.
Теоретические модели показывают высокий потенциал для распутывания таких сложных взаимоотношений, выявления ключевых факторов, способствующих этому, и тем самым для выдвижения гипотез для новых исследований. Несмотря на особый текущий интерес к исследованиям метаорганизмов, специализированные теоретические основы эволюции хозяина и микробиома на удивление скудны.
«В настоящее время большинство биологов рассматривают эволюционное влияние микробиома как своего рода явление расширенного наследования, для которого уже существуют различные теоретические основы в эволюционной биологии», — подчеркнул Боханнан.
«Однако большинство эволюционных теорий были разработаны без учёта микробиомов, и я не думаю, что существующая теория достаточна для обеспечения всестороннего понимания воздействия микробиомов на эволюцию метаорганизмов. Цель нашей новой работы — сделать первые шаги к разработке эволюционной теории, в основе которой лежит биология хозяина и микробиома», — подчеркнули авторы.
Международная команда авторов, в которую также входят профессор Шелби Рассел из Калифорнийского университета в Санта-Крус и профессор Маржолейн Брюйнинг из Амстердамского университета, тщательно изучила наиболее часто обсуждаемые теоретические концепции, чтобы изучить их применение для описания эволюции, опосредованной микробиомом.
Одним из примеров является явление, называемое конструированием ниши. «Конструирование ниши можно сравнить с фермерством, где фермер выращивает сельскохозяйственные культуры и домашний скот, чтобы обеспечить наличие пищи», — объясняет первый автор доктор Уик, учёный из группы Шуленбурга.
«В контексте метаорганизма конструирование ниши происходит, когда организм-хозяин влияет на присутствие микроорганизмов в своей среде, тем самым обеспечивая наличие полезных микробов не только в течение своей жизни, но, возможно, и в следующем поколении», — объясняет Уик.
«Такое конструирование ниши для экологического микробиома может опосредовать успешную передачу функций, зависящих от микробиома, от одного поколения хозяев к другому, что является важной предпосылкой для влияния микробиома на эволюцию хозяина», — отмечает учёный.
Помимо описанного примера, в новой публикации выделены в общей сложности четыре теоретических основы, которые демонстрируют особые перспективы для улучшения нашего понимания эволюции хозяина и микробиома.
«Чтобы лучше отразить биологическое разнообразие этих систем и обеспечить экспериментальную проверку, представленные нами рамки должны быть тщательно расширены в тесном сотрудничестве с коллегами, работающими эмпирически», — подчёркивает профессор Шуленбург, который также активно работает в рамках приоритетной области исследований Kiel Life Science (KLS).
«Это как раз один из исследовательских фокусов нашего CRC 1182. И своей новой публикацией мы теперь предоставляем критические теоретические строительные блоки, которые должны стимулировать новые исследования об эволюционных последствиях ассоциаций хозяина и микробиома в будущем», — заключили авторы.
Предоставлено Кильским университетом.
Другие новости по теме
- Подход с использованием генетических отпечатков пальцев улучшает обнаружение генетически отредактированных организмов
- Повышение температуры океана угрожает жизненно важному морскому микробу — Prochlorococcus
- Малыши-черепахи исчезают в Индийском океане на годы: теперь модель показывает, куда они могут плыть
- Новая технология для борьбы с цветением токсичных водорослей и гибелью рыбы
- Создание условий для ускоренного старения молодых деревьев может увеличить количество мест обитания для диких животных — и это можно сделать без бензопил
- Акулы теперь бороздят просторы открытого океана. Но в течение 200 миллионов лет они жили только у морского дна.
- Водоросли саргассум мешают морским черепахам-детёнышам добраться до океана
- Обнаружены новые виды «живых ископаемых» — рыб
- Деревья Джошуа сталкиваются с климатической угрозой, несмотря на адаптацию к жаре, говорится в исследовании
- Гражданские учёные помогают исследователям защитить одно из древнейших выживших видов Земли: подковообразных крабов
Другие новости на сайте
- Искусственный интеллект в образовании: новые возможности и перспективы
- Дебют нового поколения Mercedes-Benz GLC: новый взгляд
- Отчёт показывает, что 400 богатейших американцев платят налоги по более низкой ставке, чем остальное население.
- ИИ и изменение климата: как надёжно фиксировать выбросы парниковых газов
- Наука о макаронах: нейтронное рассеяние объясняет, почему макароны без глютена разваливаются
- DIRECTIVE 8020: Превью и интервью с разработчиками — Supermassive Games обещают смелый перезапуск своей классической формулы! 🚀
- 🎮 Ready Or Not впервые со скидкой на Xbox: продажи на консолях превысили 3 миллиона!
- Башня-кораблекрушение в стиле «постапокалиптик» станет самым высоким зданием Праги
- Эмоции, выраженные в комментариях, появляющихся в режиме реального времени, связаны с намерениями совершить покупку и имитационным поведением.
- HYPE достигает исторического максимума, пока Hyperliquid стремится расширить инфраструктуру стейблкоинов