Výsledky. Odolnost je v dnešní době důležitým pojmem, a to ve všech oblastech, od lidských společenství obnovujících pořádek po přírodních katastrofách až po mikrobiální společenstva zotavující se z úniku chemických látek. Neexistuje však shoda na tom, jak by měla být odolnost definována a měřena. Jeden vědecký orgán identifikoval 47 definic odolnosti používaných v různých oblastech, včetně inženýrství, ekologie, sociologie, ekonomie a psychologie. Přesto je pochopení odolnosti mikrobiálních společenstev důležitou součástí jejich inženýrského využití pro biotechnologie nebo předvídání jejich reakce na měnící se prostředí. Tato společenstva musí být schopna rychle se zotavit ze změny prostředí, aby jejich funkce byla stabilní v průběhu času.
Nyní skupina výpočetních biologů a mikrobiologů z Pacific Northwest National Laboratory navrhla způsob definování odolnosti mikrobiálních společenstev, který spojuje ekology a inženýry. Jejich úsilí bylo nedávno představeno v časopise Frontiers in Microbiology.
„Domníváme se, že odolnost mikrobiálních společenstev je nejlépe definována jako míra obnovy dané funkce, která je pro výzkumníka zajímavá,“ řekl Dr. Stephen Lindemann, mikrobiolog PNNL, který tým vedl. „Zaměření na základní charakteristiky systému v reakci na konkrétní změnu prostředí nám umožňuje nejen porovnávat odolnost dané funkce mezi jednotlivými společenstvy, ale také poskytuje hlubší pochopení vlastností společenstva. Na základě této definice navrhujeme, aby odolnost vycházela zevnitř mikrobiálního společenství – bez ohledu na prostředí, ve kterém žije.“
Proč je to důležité. Jsou sice maličké, ale mikroorganismy dohromady přesahují hmotnost všech ostatních rostlin a živočichů na planetě. Řídí koloběh uhlíku a energie na planetě a vědci začínají oceňovat jejich roli při utváření lidského zdraví a fyziologie. Tyto malé zázraky jsou také zkoumány jako potenciální prostředek k získávání obnovitelné energie. Pochopení procesů, které řídí reakce mikrobiálních společenstev na změny v jejich prostředí, je zásadní pro ekology, kteří se zabývají předpovídáním dopadů klimatických změn nebo sopečných erupcí na ekosystémy, a pro inženýry, kteří navrhují společenstva pro stabilní biotechnologické procesy.
„Abychom mohli navrhnout nejlepší systém, musíme vyvinout racionální metody pro kvantifikaci odolnosti mikrobiálních společenstev a být schopni předvídat blížící se kritické body,“ řekl Lindemann.
Metody. Při hledání integrovaného konceptu odolnosti použitelného pro všechna mikrobiální společenstva vědci porovnali předchozí studie odolnosti z inženýrského a ekologického hlediska. Shodně zjistili, že změny v prostředí mikrobů mohou vést ke změnám ve složení nebo velikosti společenstva, ale zachovávají kritické funkce. Pochopení toho, jak budou tyto funkce reagovat na změny prostředí, má pro ekology i inženýry zásadní význam.
Co bude dál? Vědci z PNNL plánují identifikovat základní mechanismy zodpovědné za odolnost jednoduchých i velmi složitých mikrobiálních společenstev. Pochopení těchto mechanismů významně posílí schopnost navrhovat, předpovídat chování a řídit mikrobiální společenstva, ať už v přírodních ekosystémech nebo v bioinženýrských systémech.
Poděkování
Sponzoři: Tuto práci podpořil Úřad pro vědu, biologický a environmentální výzkum Ministerstva energetiky USA prostřednictvím programu Genomic Science Program.
Oblast výzkumu: Biologická systémová věda
Uživatelské zařízení: Vědecké pracoviště pro výzkum biologických systémů: EMSL
Výzkumný tým: Fredrickson, Stephen R. Lindemann, Ryan S. Renslow a Hyun-Seob Song, Pacific Northwest National Laboratory
.