Results. 自然災害の後に秩序を回復する人間社会から、化学物質流出から回復する微生物社会まで、レジリエンスは最近重要な概念である。 しかし、レジリエンスをどのように定義し、測定すべきなのかについては、意見が一致していない。 ある科学団体では、工学、生態学、社会学、経済学、心理学など、さまざまな分野で使われている47のレジリエンスの定義を確認しました。 しかし、微生物コミュニティのレジリエンスを理解することは、バイオテクノロジーのために微生物コミュニティを設計したり、環境の変化に対して微生物コミュニティがどのように反応するかを予測したりする上で、非常に重要な要素となっています。 これらの生物群集は、環境変化から迅速に回復し、その機能を長期にわたって安定させることができなければなりません。
現在、パシフィック・ノースウエスト国立研究所の計算生物学者と微生物学者のグループは、生態学者とエンジニアを結びつける、微生物コミュニティのレジリエンスを定義する方法を提案しています。 彼らの取り組みは、最近 Frontiers in Microbiology で紹介されました。
「私たちは、微生物コミュニティのレジリエンスは、研究者にとって関心のある所定の機能の回復率として最もよく定義されると考えています」と、チームを率いる PNNL の微生物学者 Stephen Lindemann 博士は述べています。 環境の特定の変化に対応するシステムの基本的な特性に注目することで、ある機能の回復力をコミュニティ間で比較できるだけでなく、コミュニティの特性についてより深く理解することができます」と述べています。 この定義を用いて、私たちは、レジリエンスは微生物コミュニティの内部から-それが住んでいる環境に関係なく-生まれることを提案します」
Why It Matters. 微生物は小さいかもしれませんが、集団で見ると、地球上の他のすべての動植物の質量を超えています。 彼らは地球上の炭素とエネルギーの循環をコントロールし、科学者たちは、人間の健康と生理を形成する彼らの役割を評価し始めています。 また、この小さな不思議は、再生可能エネルギーを捕獲する手段としても研究されています。 気候変動や火山噴火による生態系への影響を予測する生態学者や、安定したバイオテクノロジープロセスのために微生物群集を設計する技術者にとって、環境の変化に対応する微生物群集を支配するプロセスを理解することは非常に重要である。
「最良のシステムを設計するためには、微生物コミュニティの回復力を定量化し、ティッピングポイントに近づくことを予測できる合理的な方法を開発しなければなりません」と、Lindemann氏は述べています。 すべての微生物群集に適用できるレジリエンスの統合的な概念を求めて、科学者たちは、工学的および生態学的な観点から、これまでのレジリエンス研究を比較しました。 その結果、一貫して、微生物の環境の変化により、群集の構成や規模が変化しても、重要な機能は維持されることがわかりました。 これらの機能が環境の変化に対してどのように反応するかを理解することは、生態学者とエンジニアの両方にとって中心的な重要性を持っています。 PNNLの科学者たちは、単純なものから非常に複雑なものまで、微生物コミュニティの回復力の原因となる基本的なメカニズムを明らかにする予定である。 これらのメカニズムを理解することで、自然の生態系であれ、バイオエンジニアリングされたシステムであれ、微生物コミュニティを設計し、その挙動を予測し、制御する能力が大幅に向上します。 米国エネルギー省科学局生物環境研究室は、ゲノム科学プログラムを通じてこの研究を支援した。
研究領域: 生物システム科学
ユーザー施設。 EMSL
研究チーム。 Jim K. Fredrickson, Stephen R. Lindemann, Ryan S. Renslow, and Hyun-Seob Song, Pacific Northwest National Laboratory.