_ Întrebări și răspunsuri: biologia holobiontului , un nou concept pentru explorarea modului în care microbiomul modelează evoluția vieții vizibile

Microorganisme — bacterii, viruși și alte mici formele de viață – pot conduce la variația biologică a vieții vizibile la fel de mult, dacă nu mai mult, decât mutațiile genetice, creând noi linii și chiar noi specii de animale și plante, potrivit Seth Bordenstein, director al Centrului One Health Microbiome din Penn State, profesor de biologie. și entomologie și Catedra dotată Dorothy Foehr Huck și J. Lloyd Huck în științe microbiome.

Bordenstein și alți 21 de persoane. oameni de știință din întreaga lume au publicat o lucrare în Science, în care rezumă cercetările despre care au spus că conduc la o înțelegere mai profundă a variației biologice prin unirea tărâmurilor văzute și nevăzute ale vieții.

Autorii au explicat că acest concept nou descris — biologia holobiontului — susține o înțelegere multidisciplinară și holistică a modului în care formele și funcțiile vieții, de la bolile umane la producția agricolă, depind de relațiile dintre microorganismele și gazdele lor. Penn State News a vorbit cu Bordenstein despre lucrare și despre domeniul în curs de dezvoltare al biologiei holobiontului.

Definiția de lungă durată a evoluției este procesul prin care lucrurile vii se schimbă în timp prin mutarea treptată și adaptarea la mediul lor. Acest lucru se întâmplă adesea printr-un proces cunoscut sub numele de selecție naturală, în care trăsăturile care ajută un organism să supraviețuiască și să se reproducă sunt transmise generațiilor viitoare, în timp ce trăsăturile mai puțin utile dispar treptat.

Din punct de vedere istoric, ne-am uitat la scara de timp. pentru evoluția care se întâmplă de-a lungul mai multor generații, aceste mici schimbări conducând în cele din urmă la dezvoltarea de noi trăsături și chiar noi specii. Acum, când vine vorba de încorporarea microbiomului, colecția tuturor microbilor în și pe o gazdă, în această discuție, scala de timp și amploarea schimbărilor biologice devin mai interesante și mai complexe.

În mod tradițional, biologii au studiat viața vizibilă și invizibilă în silozuri, ceea ce a făcut ca conceptele noastre despre viață să se separe. Mulți oameni de știință au fost stabiliți în felul lor de a gândi microbii ca zgomot de fond sau contaminanți tranzitori fără un impact major asupra vieții gazdei. Cu toate acestea, celulele microbiene din și pe corpul uman pot depăși efectiv celulele umane.

Ceea ce învățăm astăzi și în ultimul deceniu este că uneori microbii explică mai multe variații de trăsături biologice ale organismelor decât o fac genele. Acesta este cazul, de exemplu, cu probabilitatea de cancer de colon uman, nivelurile de colesterol și indicele de masă corporală. Și, mai important, dacă luați împreună genetica gazdei și microbii, începeți să vedeți o imagine mai completă a modului în care viața variază și se schimbă în timp.

Microbii sunt baza biosferei. Ele depășesc numărul stelelor din univers cu ordine de mărime și sunt aici de patru miliarde de ani. Există mai multe bacterii în gură decât oameni pe planetă.

Fiecare organism gazdă trăiește în contact și asociere cu microbii, iar acești microbi pot provoca variații în trăsături, fie că este vorba despre boli cronice, producția agricolă, pierderea biodiversității sau cât de slabi suntem – se întâmplă multe la care microbii contribuie.

Ne imaginăm că microbii sunt esențiali pentru modul în care biologii explică variațiile formelor de viață ale gazdei, pentru de exemplu, animale și plante. Deci, în cazul clasificării speciilor, susținem că organismele nu sunt autonome. Ele există, prin definiție, întotdeauna în asociere și în contact cu microbii.

Așa cum s-a făcut cu ingineria genetică și reproducerea selectivă, vedem acest mod holistic de a gândi despre viață ca pe o oportunitate de a valorifica puterea. microbiomului pentru a face îmbunătățiri în agricultură și acvacultură, rezistență în sustenabilitatea mediului și progrese în sănătatea umană.

Această abordare holistică a biologiei holobiontului va deschide ușa pentru găsirea de aplicații pentru comunitățile microbiene vii care ar putea, de exemplu, să facă agricultura mai rezistentă la schimbările climatice, să ajute la susținerea biodiversității sau la îmbunătățirea sănătății umane prin utilizarea microbilor pentru a combate boli cronice, inclusiv cancer, boli inflamatorii intestinale, boli cardiovasculare și boli asociate cu îmbătrânirea.

„Originea speciei” a lui Darwin rămâne piatra de temelie a biologiei moderne astăzi. Dar este de remarcat faptul că Originea speciilor a fost scrisă doar despre animale și plante. Nu erau bacterii în el. Asta nu înseamnă că principiile lui Darwin nu se aplică microbilor, dar el s-a concentrat pe ceea ce putea vedea în acel moment.

Acum, avem o imagine mult mai completă a biosferei. Ce a făcut Darwin a fost să ne explice de ce forțele evoluției modelează liniile în noi soiuri și, în cele din urmă, în noi specii, dar el nu cunoștea mecanismele care au făcut posibile aceste schimbări. El nu știa despre mutațiile genetice și nici despre forțele microbiene aflate la lucru.

În perioada anilor 1920-1940, biologia a avut o revoluție cunoscută sub numele de Sinteza Modernă, în care descoperirile din secolul al XIX-lea ale legilor genetice ale lui Mendel au fuzionat cu Teoria evoluției lui Darwin pentru a crea această explicație frumoasă a modului în care se dezvoltă noile variații de formă și funcție. Această știință este cea care a condus biologia acolo unde suntem astăzi.

Acum, mulți cercetători cred că suntem într-o sinteză post-modernă, deoarece acum adăugăm microbiologia în înțelegerea noastră despre genetica și evoluția gazdei. Am aflat că microbii sunt, de asemenea, surse de noi forme, funcții și variante ale vieții gazdei, la fel ca mutațiile genetice. În consecință, se pot face mai mulți pași operaționali și practici pentru a infuza biologia holobiontului în întregul țesut al științelor vieții.

Începe cu modul în care definim și predăm biologia. Asta înseamnă să regândim modul în care descriem animalele și plantele; nu le mai numim animale și plante. Ne gândim la animale și plante ca la un consorțiu de celule gazdă și microbiene care influențează anatomia și fiziologia, pentru că aceasta este realitatea naturii.

Nu ne putem gândi la genomul animal sau al plantelor într-un mod separat. din genomi microbieni, când știm că ambele compartimente genomice fac toate parte din unitatea funcțională.

Există și un aspect statistic, analitic la ceea ce vom vedea în continuare. Așa cum avem baze de date pentru a determina influența geneticii asupra trăsăturilor, vom avea nevoie de noi analize pentru a determina contribuția microbilor și modul în care aceștia interacționează cu genetica pentru a explica trăsăturile.

În sfârșit, odată ce vom avea bazele de date și instrumente analitice dezvoltate, putem proiecta microbi și microbiomi la fel de mult pe cât putem proiecta gene pentru a obține un rezultat mai bun pentru un organism, indiferent dacă este în agricultură, mediu sau chiar pentru noi înșine. Speranța noastră este să folosim acest concept pentru a proiecta un viitor mai bun.

(Fluierul)