Это может показаться странным, но еще несколько лет назад микробы не считались «инвазивными видами». Да, они могут вызывать инфекцию, но с экологической точки зрения вторжение определяется как поселение вида на территории, где он ранее не существовал. «И до недавнего времени идея заключалась в том, что все микробы присутствуют повсюду, и что условия окружающей среды просто определяют, какие виды доминируют», — объясняет Сайрус Маллон, который недавно получил докторскую степень в группе микробной экологии в Институте эволюционных наук о жизни Гронингена.Эта парадигма в микробиологии восходит к тому времени, когда виды бактерий в основном определялись под микроскопом с помощью классических методов, которые ограничены в их определении.
Даже с появлением секвенирования ДНК и генетической идентификации это обычно делалось с одним конкретным рибосомным геном. Только когда ученые начали использовать секвенирование ДНК нескольких генов для исследования микробиологических сообществ, они поняли, что микробы действительно проявляют биогеографический паттерн, и пришли к выводу, что микробы можно рассматривать как инвазивные виды.Захватчики
Это привело к шквалу исследований за последние несколько лет, изучающих феномен микробных инвазий. Мэллон вместе с профессором Яном Дирком ван Эльзасом и доцентом Джоаной Фалькао Саллес проанализировали имеющуюся литературу, чтобы нарисовать картину микробных вторжений.
Их обзорная статья раскрывает два основных вывода. Во-первых, микробные инвазии следуют общей схеме, аналогичной инвазиям животных или растений. Во-вторых, разнообразие видов — лучшая защита от захватчиков.Мэллон: «Из литературы мы выделили четыре фазы вторжения: внедрение, установление, распространение и воздействие».
Они похожи на фазы вторжений растений или животных. Инвазии происходят, когда микробы попадают в новую среду. «Например, океанские течения могут рассеивать микроорганизмы, но есть также свидетельства того, что микроорганизмы путешествуют по воздуху: микробы, которые, как считается, произошли из пустыни Гоби, были собраны в пробах воздуха на северо-западе Соединенных Штатов». Более заметная форма инвазии — кишечные бактерии, попадающие в поле во время дефекации коровы.Дальнейший синтез широкого спектра экспериментов по микробной инвазии показал, что разнообразие бактериального сообщества, которое уже присутствует в окружающей среде, создает барьер для вторжения видов.
И хотя разнообразие является хорошим предиктором устойчивости к вторжению, в основе механизма лежит способность разных видов использовать множество различных типов ресурсов, тем самым устраняя любую потенциальную поддержку для захватчика.Сальмонелла
Результаты могут иметь важные последствия, говорит Жоана Фалькао Саллес: «Поскольку микробная экология и общая экология, похоже, подчиняются одним и тем же правилам, возможно, можно будет использовать микроорганизмы в качестве модели в экологических экспериментах». Из-за очень короткого времени генерации это может дать гораздо более быстрые результаты.Более того, лучшее теоретическое понимание микробного вторжения может вдохновить на медицинские исследования. Саллес: «Патогенный вид сальмонеллы фактически заставляет кишечник производить индивидуальный субстрат, который дает сальмонелле преимущество перед конкурентами.
Мы могли бы бороться с такой инфекцией, выбрав или сконструировав безвредную бактерию, которая бы вытеснила сальмонеллу, используя тот же субстрат ». Кроме того, знание того, как микроорганизмы закрепляются в новой среде, может вдохновить на разработку пре- и пробиотиков, которые стимулируют здоровое микробное сообщество кишечника. «Мы знаем, что существует множество различных возможных приложений, но на данном этапе мы не можем предсказать, какое из них будет наиболее выгодным».