Все живые существа - от простейших животных и растительных организмов до человеческого тела - живут в тесном контакте с огромным количеством микробных симбионтов, которые колонизируют внутреннюю и внешнюю части их тканей. Функциональное сотрудничество хозяина и микроорганизмов, которое ученые называют метаорганизмом, лишь недавно стало предметом исследований в области наук о жизни. Сегодня мы знаем, что многие жизненные процессы мы можем понять только в связи с взаимодействием между организмом и симбионтами. Центр совместных исследований (CRC) 1182 «Происхождение и функция метаорганизмов» Кильского университета (CAU) стремится понять коммуникацию и функциональные последствия отношений хозяин-микроб.
Ключевым вопросом для исследователей CRC 1182 является то, как формируется состав микробиома организма в ходе его индивидуального развития. До сих пор неясно, определяется ли состав микробного сообщества в большей степени процессом функционального отбора или преобладают случайные процессы. Чтобы изучить состав микробиома, группа исследователей из CRC 1182 CAU и Института эволюционной биологии им. Макса Планка в Плене (MPI-EB) применила теорию так называемого «нейтрального метаорганизма» ко всему спектру модельные организмы, от очень простых существ до сложных позвоночных. Вчера ученые из Киля и Плена опубликовали свои выводы в журнале PLOS Biology.
Нулевая модель эволюционной теории
Теоретические модели предлагают один из способов сделать очень сложным, индивидуальным составом микробиома управляемым. Фундаментальной моделью в эволюционных исследованиях является так называемая нейтральная нулевая модель. Это используется для предсказания того, как будут развиваться популяции без какого-либо давления отбора. Исследовательская группа CRC 1182 теперь применила эту модель к нескольким модельным организмам, от остриц до домашних мышей, и сравнила прогнозы с экспериментально собранными данными. «Теория и экспериментальные данные удивительно хорошо совпадают для многих организмов. Предсказанный состав домашней мыши, например, обнаруживается в реальном сообществе микробных видов», - резюмировал доктор Майкл Зибер, научный сотрудник MPI-EB и член CRC. 1182. «Возможно, что отбор играет меньшую роль в составе микробиома, чем мы предполагали ранее, хотя это не означает, что микробиом не выполняет важных для организма функций, это может свидетельствовать о том, что многие различные составы микробиома могут одинаково хорошо выполняют эти функции.
Карта для дальнейшего изучения микробиома
Однако исследователи заметили некоторые существенные отклонения между нейтральной моделью и реальным составом микробиома. Например, отдельные виды бактерий в микробиоме мыши не соответствовали нейтральному прогнозу. А видовой состав микробного червя Caenorhabditis elegans вообще не соответствовал нейтральной модели.
«Мы предполагаем, что эти отклонения между моделью и реальностью могут указывать на специфические функции определенных микроорганизмов», - подчеркнул Зибер. Таким образом, исследование систематических отклонений от нейтральной модели может открыть ключевые функции определенных видов бактерий в микробиоме.
Первые объяснения отклонений от нейтральной модели уже обсуждаются. Например, некоторые ненейтральные бактерии в микробиоме мыши участвуют в пищеварении, и поэтому их присутствие может быть результатом целенаправленного процесса селекции. С другой стороны, Caenorhabditis elegans с его очень быстрой сменой поколений может не прожить достаточно долго, чтобы сформировать стабильный, в основном нейтральный состав микробиома.«Таким образом, модель нейтрального метаорганизма обеспечивает важную теоретическую основу для дальнейшего функционального анализа состава микробиома по всему спектру модельных организмов, исследованных в нашем Центре совместных исследований», - сказал представитель CRC 1182 профессор Томас Бош.