Eredmények. Az ellenálló képesség manapság fontos fogalom, a természeti katasztrófák utáni rendet helyreállító emberi közösségektől kezdve a vegyi anyagszennyezésből felépülő mikrobiális közösségekig. Nincs azonban egyetértés abban, hogy miként kellene meghatározni és mérni az ellenálló képességet. Egy tudományos testület 47 különböző területen – többek között a mérnöki tudományok, az ökológia, a szociológia, a közgazdaságtan és a pszichológia területén – használt rugalmassági definíciót azonosított. A mikrobiális közösségek rugalmasságának megértése azonban kritikus fontosságú eleme a biotechnológiákhoz való tervezésüknek vagy annak előrejelzésének, hogy miként fognak reagálni a változó környezetre. Ezeknek a közösségeknek képesnek kell lenniük arra, hogy gyorsan helyreálljanak egy környezeti változásból, hogy működésük idővel stabil maradjon.
A Pacific Northwest National Laboratory számítógépes biológusokból és mikrobiológusokból álló csoportja most egy olyan módszert javasolt a mikrobiális közösségek rugalmasságának meghatározására, amely egyesíti az ökológusokat és a mérnököket. Erőfeszítéseikről nemrégiben a Frontiers in Microbiology című folyóiratban számoltak be.
“Úgy gondoljuk, hogy a mikrobiális közösségek rugalmasságát leginkább úgy lehet meghatározni, mint egy adott, a kutatót érdeklő funkció helyreállásának mértékét” – mondta Dr. Stephen Lindemann, a PNNL mikrobiológusa, a csoport vezetője. “A rendszer alapvető jellemzőire való összpontosítás a környezet egy adott változására adott válaszként nemcsak azt teszi lehetővé, hogy összehasonlítsuk egy funkció rugalmasságát a közösségek között, hanem a közösségek tulajdonságainak mélyebb megértését is biztosítja. Ezt a definíciót használva azt javasoljuk, hogy a rugalmasság egy mikrobiális közösségen belülről ered – függetlenül attól, hogy milyen környezetben él.”
Miért fontos. Lehet, hogy aprók, de a mikroorganizmusok együttesen meghaladják a bolygón élő összes többi növény és állat tömegét. Ők irányítják a bolygó szén- és energiakörforgását, és a tudósok kezdik értékelni az emberi egészség és fiziológia alakításában játszott szerepüket. Ezeket a kis csodákat a megújuló energia kinyerésének lehetséges eszközeiként is tanulmányozzák. Az éghajlatváltozás vagy vulkánkitörések ökoszisztémákra gyakorolt hatásainak előrejelzésével foglalkozó ökológusok, valamint a stabil biotechnológiai folyamatokhoz közösségeket tervező mérnökök számára létfontosságú azoknak a folyamatoknak a megértése, amelyek meghatározzák, hogyan reagálnak a mikrobiális közösségek a környezetükben bekövetkező változásokra.
“A legjobb rendszer megtervezéséhez racionális módszereket kell kidolgoznunk a mikrobiális közösségek ellenálló képességének számszerűsítésére és a közelgő fordulópontok előrejelzésére” – mondta Lindemann.
Módszerek. A tudósok egy integrált, minden mikrobiális közösségre alkalmazható rugalmassági koncepciót keresve összehasonlították a korábbi rugalmassági tanulmányokat mérnöki és ökológiai szempontból. Következetesen azt találták, hogy a mikrobák környezetében bekövetkező változások a közösség összetételének vagy méretének megváltozását eredményezhetik, de a kritikus funkciókat fenntartják. Annak megértése, hogy ezek a funkciók hogyan reagálnak a környezet változásaira, központi jelentőségű mind az ökológusok, mind a mérnökök számára.
Mi következik? A PNNL tudósai az egyszerű és a rendkívül összetett mikrobiális közösségek ellenálló képességéért felelős alapvető mechanizmusok azonosítását tervezik. E mechanizmusok megértése jelentősen elő fogja mozdítani a mikrobiális közösségek tervezésének, viselkedésének előrejelzésének és szabályozásának képességét, akár természetes ökoszisztémákban, akár biotechnológiával létrehozott rendszerekben.
Köszönet
Támogatók: Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Tudományos, Biológiai és Környezetvédelmi Kutatási Hivatala a Genomikai Tudományos Programon keresztül támogatta ezt a munkát.
Kutatási terület: Biológiai rendszerek tudománya
Felhasználó létesítmény: Biológiai rendszerek tudománya
Felhasználó létesítmény: Biológiai rendszerek tudománya: Jim K. Fredrickson, Stephen R. Lindemann, Ryan S. Renslow és Hyun-Seob Song, Pacific Northwest National Laboratory
.