Rezultate. Reziliența este un concept important în zilele noastre, în toate domeniile, de la comunitățile umane care restabilesc ordinea după dezastre naturale până la comunitățile microbiene care se refac în urma unei deversări de substanțe chimice. Cu toate acestea, nu există un acord cu privire la modul în care ar trebui definită și măsurată reziliența. Un organism științific a identificat 47 de definiții ale rezilienței utilizate în diverse domenii, inclusiv inginerie, ecologie, sociologie, economie și psihologie. Cu toate acestea, înțelegerea rezilienței în comunitățile microbiene este o componentă esențială pentru a le ingineri pentru biotehnologii sau pentru a prezice modul în care vor răspunde la un mediu în schimbare. Aceste comunități trebuie să fie capabile să se refacă rapid în urma unei schimbări de mediu, astfel încât funcția lor să fie stabilă în timp.
Acum, un grup de biologi computaționali și microbiologi de la Pacific Northwest National Laboratory a propus un mod de a defini reziliența în comunitățile microbiene care unește ecologiștii și inginerii. Eforturile lor au fost prezentate recent în Frontiers in Microbiology.
„Noi credem că reziliența în comunitățile microbiene este cel mai bine definită ca rata de recuperare a unei anumite funcții de interes pentru cercetător”, a declarat Dr. Stephen Lindemann, microbiologul PNNL care a condus echipa. „Concentrându-ne asupra caracteristicilor fundamentale ale sistemului ca răspuns la o anumită schimbare în mediul înconjurător, nu numai că ne permite să comparăm reziliența unei funcții între comunități, dar oferă, de asemenea, o înțelegere mai profundă a proprietăților comunității. Folosind această definiție, propunem ca reziliența să provină din interiorul unei comunități microbiene – indiferent de mediul în care trăiește.”
De ce este important. Poate că sunt mici, dar microorganismele depășesc în mod colectiv masa tuturor celorlalte plante și animale de pe planetă. Ele controlează ciclurile de carbon și energie de pe planetă, iar oamenii de știință încep să aprecieze rolul lor în modelarea sănătății și fiziologiei umane. Aceste mici minuni sunt, de asemenea, studiate ca un potențial mijloc de captare a energiei regenerabile. Înțelegerea proceselor care guvernează modul în care comunitățile microbiene răspund la schimbările din mediul lor este esențială pentru ecologiștii preocupați să prezică efectele schimbărilor climatice sau ale erupțiilor vulcanice asupra ecosistemelor și pentru inginerii care proiectează comunități pentru procese biotehnologice stabile.
„Pentru a proiecta cel mai bun sistem, trebuie să dezvoltăm metode raționale pentru a cuantifica reziliența comunităților microbiene și să fim capabili să prezicem apropierea punctelor de basculare”, a spus Lindemann.
Metode. Căutând un concept integrat de reziliență aplicabil tuturor comunităților microbiene, oamenii de știință au comparat studiile anterioare privind reziliența din punct de vedere ingineresc și ecologic. În mod consecvent, ei au constatat că schimbările din mediul microbilor ar putea duce la modificări ale compoziției sau dimensiunii comunității, dar au menținut funcțiile critice. Înțelegerea modului în care aceste funcții vor răspunde la schimbările din mediul înconjurător este de o importanță centrală atât pentru ecologiști, cât și pentru ingineri.
Ce urmează? Oamenii de știință de la PNNL intenționează să identifice mecanismele fundamentale responsabile pentru reziliența comunităților microbiene atât simple, cât și foarte complexe. Înțelegerea acestor mecanisme va avansa semnificativ capacitatea de a proiecta, de a prezice comportamentul și de a controla comunitățile microbiene, fie în ecosisteme naturale, fie în sisteme bioinginerializate.
Recunoștințe
Sponsori: Biroul de Cercetare Biologică și de Mediu al Departamentului de Știință al Departamentului de Energie al SUA, a sprijinit această lucrare prin intermediul Programului de Știință Genomică.
Domeniul de cercetare: Știința sistemelor biologice
Facilitate de utilizare: Știința sistemelor biologice: EMSL
Echipa de cercetare: Jim K. Fredrickson, Stephen R. Lindemann, Ryan S. Renslow și Hyun-Seob Song, Pacific Northwest National Laboratory.
.