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研究为揭开微生物群落的复杂性提供了机会

2019-03-13 11:08:44 • 来源：

威斯康星大学麦迪逊分校威斯康星发现研究所所长乔汉德尔斯曼说：“微生物群落在世界各地。“当我这样说时，人们总是笑，”她补充道。“但这是真的。”我们对微生物群落及其对人类健康或作物生产力的影响的全新理解导致了改变这些社区以产生效益的梦想。为了实现这一梦想，数百万美国人现在服用益生菌，他们希望这些益生菌可以改善肠道。

研究为揭开微生物群落的复杂性提供了机会

但是这些微生物组的巨大复杂性和弹性使得研究人员不确定如何更好地产生可预测和持久的变化。

Handelsman及其合作者的新研究正面解决了这种复杂问题。该团队开发了一个名为THOR的社区，这三种细菌从大豆根中分离出来并一起种植。复杂的微生物群体共同开发了新的行为，这些行为无法单独从个体成员中预测出来 - 它们形成了更加强硬的结构，称为生物膜，改变了它们在环境中的移动方式，并控制了新型抗生素的释放。

THOR的三个成员中的每一个都具有测序的基因组，并且可以使用一系列工具轻松地一起分离和共同研究细菌，这为开始揭示THOR等微生物群落的复杂性提供了机会。更好地了解这些微生物组可以帮助科学家弄清楚如何改进它们。

这项工作于3月5日发表在mBio期刊上。这项工作由Handelsman实验室博士后研究员Gabriel Lozano和耶鲁大学麦迪逊分校植物病理学系，耶鲁大学和其他机构的合作者领导。

雷鸣般的名字源于社区成员：根际的搭便车者。多年前，Handelsman的实验室注意到，当大豆根的微生物组(称为根际)分离出常见的芽孢杆菌属细菌时，会有几种细菌出现。这些搭便车者只有在芽孢杆菌细菌在寒冷中生长数周才会出现。

不同物种之间的紧密联系表明它们可以作为一个模型群体来测试当多个物种共享同一空间时复杂性状如何出现。研究人员确定了来自假单胞菌和黄杆菌属细菌的物种，以与芽孢杆菌一起生长和研究。

Handelsman说，THOR的成员结合起来，拥有大约15,000个基因，能够产生数千个小分子，随着时间的推移和跨越空间形成“复杂层”。

当单独生长时，THOR的假单胞菌成员产生生物膜，这是一种保护细菌免受其环境影响的丰富结构。生物膜胶粘剂用于医药，使细菌对抗生素有抗药性。当THOR的所有三个成员一起生长时，社区生产的生物膜的数量是生物膜的两倍，生物膜的持续时间比单独使用假单胞菌的时间长。

“即使他们的人口很少，这些其他物种也会引发更大的生物膜，”汉德尔斯曼说。

其他复杂的特征也出现在THOR中。芽孢杆菌成员减少了假单胞菌产生的抗生素的产生，保护黄杆菌免受其影响。而THOR的其他成员诱导芽孢杆菌菌落像树枝一样长出来，以复杂的模式在其他细菌周围蔓延。

许多操纵微生物组的工作都集中在改善人类健康，像THOR这样的模型社区可以帮助科学家了解如何改变复杂的微生物关系以使我们受益。

但是，THOR关于植物根系微生物组的信息，根际，同样重要。根际有助于将土壤粘在一起，防止侵蚀。土壤锁定的碳比大气中的浮标多三倍，使其成为应对气候变化的重要因素。了解个体微生物如何聚集在一起产生土壤微生物组的丰富复杂行为可能是最大化我们从这些看不见的社区中获益的关键。

“这是我们最关键的关系之一，”汉德尔斯曼说。

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