บทนำ
แบคทีเรียไม่จัดงานเลี้ยงอาหารค่ำหรือเล่าเรื่องตลก แต่พวกมันเข้าสังคมในแบบของพวกมันเอง เมื่อการมีอาหารเปิดโอกาสให้พวกเขาเติบโต สืบพันธุ์ และพัฒนาได้ พวกเขาจะก่อตัวเป็นชุมชนอย่างรวดเร็วและกระตือรือร้นด้วยซ้ำ เช่นเดียวกับเมืองท่าที่ผุดขึ้นมาตามทางน้ำ ชุมชนแบคทีเรียและจุลินทรีย์อื่นๆ ที่หลากหลายจะรับรู้ถึงสถานการณ์ที่ดีสำหรับการเติบโตและสร้างตัวเองขึ้นมา
เมืองแบคทีเรียแต่ละแห่งมีเรื่องราวต้นกำเนิด ถังหมักไวน์เป็นเวลาหลายเดือน แผ่นชีวะในปอดของผู้ป่วยโรคซิสติก ไฟโบรซิส และบ่อน้ำพุร้อนที่อุดมด้วยกำมะถัน ล้วนเริ่มต้นด้วยชุดเซลล์ผู้ก่อตั้งที่ก่อตัวเป็นเครือข่ายที่แข็งแกร่งของสิ่งมีชีวิตที่มีปฏิสัมพันธ์กัน ชุมชนเหล่านี้สามารถทำหน้าที่ทางชีวเคมีซึ่งไม่มีสายพันธุ์ใดสามารถทำได้ด้วยตัวเอง มันต้องใช้องค์ประชุมของ แลคโตคอคคัส และ เชื่อแป็คที่เรียรูปทรงกลม สายพันธุ์ที่ทำงานร่วมกันเพื่อให้ เชดดาร์ชีส เนื้อสัมผัสและรสสัมผัสของมัน การผสมผสานของจุลินทรีย์ในลำไส้ที่แตกต่างกันสามารถ เพิ่มหรือทื่อ ประสิทธิผลของยาเม็ด
อย่างไรก็ตาม ไม่มีกฎเกณฑ์ที่ชัดเจนในการอธิบายว่าชุมชนแบคทีเรียรวมตัวกันอย่างไร หรือเหตุใดบางสายพันธุ์จึงเจริญเติบโตได้ เมื่อต้องเผชิญกับการบรรยายถึงชุมชนของสิ่งมีชีวิต นักชีววิทยาส่วนใหญ่ จะจัดรายการบัญชีรายชื่อชนิดพันธุ์ที่มีอยู่ แต่จำนวนแบคทีเรียมีมากมายมหาศาล อายุขัยของพวกมันสั้นมาก และความแตกต่างระหว่างสองสายพันธุ์ใดๆ ก็ตามนั้นน้อยมากจนชื่อสายพันธุ์ไม่จำเป็นต้องให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์เสมอไป
นั่นเป็นสาเหตุที่นักฟิสิกส์กลุ่มหนึ่งที่ผันตัวมาเป็นนักจุลชีววิทยากำลังพยายามใช้เทคนิคการจัดลำดับจีโนมในวงกว้างเพื่อเปิดเผยกฎสากลที่อาจควบคุมชุมชนแบคทีเรีย ซึ่งเป็นแนวทางที่ใช้ข้อมูลขนาดใหญ่สำหรับจุลินทรีย์ แทนที่จะเรียกชื่อสายพันธุ์ต่างๆ พวกมันกลับมุ่งความสนใจไปที่สิ่งที่สิ่งมีชีวิตทำ โดยมีเป้าหมายในการรับรู้ว่าบทบาทใดที่จำเป็นภายในชุมชนที่กำหนด
“มีความซ้ำซ้อน — เช่น สองสายพันธุ์สามารถทำหน้าที่เดียวกันได้ — และสายพันธุ์เดียวกันสามารถทำหน้าที่ที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับ [on] หากคุณเปลี่ยนสภาพแวดล้อม” กล่าว อ็อตโต คอร์เดโร, นักจุลชีววิทยาจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ “อนุกรมวิธานไม่ได้ให้ข้อมูลเท่าฟังก์ชัน”
เมื่อปีที่แล้วในห้องทดลองของ Cordero การวิจัยที่นำโดยนักจุลชีววิทยา มัตติ กราลก้า ระบุชุดฟังก์ชันของจุลินทรีย์ที่สามารถทำนายได้โดยไม่มีข้อมูลชนิด หลังจากจำแนกลักษณะเมแทบอลิซึมของแบคทีเรีย 186 สายพันธุ์ที่เก็บมาจากมหาสมุทรแอตแลนติกแล้ว เขาพบว่าเขาสามารถทำนายความต้องการอาหารพื้นฐานของจุลินทรีย์ที่กำหนดโดยดูจากจีโนมของมันเพียงอย่างเดียว
บทนำ
รูปแบบนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถหลีกเลี่ยงลำดับยีนที่เกี่ยวข้องกับการทำลายแหล่งอาหารแหล่งใดแหล่งหนึ่งได้ ทีมของ Gralka ค้นพบว่าพวกเขาสามารถทำนายอาหารที่ต้องการได้โดยการวัดองค์ประกอบโมเลกุลของจีโนมเท่านั้น ผลการวิจัยถูกตีพิมพ์ใน จุลชีววิทยาธรรมชาติ.
ในขณะที่สาขานี้ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น นักนิเวศวิทยาจุลินทรีย์กำลังมองหาวิธีประเมินและอธิบายชุมชนจุลินทรีย์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติอย่างรวดเร็ว ไม่ว่าจะอยู่ในสภาพแวดล้อมป่าหรือในโรงพยาบาล ด้วยการพัฒนาทฤษฎีการประกอบของจุลินทรีย์ พวกเขาหวังว่าพวกเขาจะสามารถเรียนรู้ที่จะเห็นระบบนิเวศน์ขนาดเล็กที่มองไม่เห็นและเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วซึ่งปรากฏอยู่รอบตัวเรา
สนามที่ไม่มีทฤษฎี
จุลชีววิทยาถูกจำกัดมานานหลายศตวรรษด้วยขอบเขตความสามารถของนักวิทยาศาสตร์ในการมองเห็นสิ่งที่อยู่ตรงหน้าพวกเขา แม้แต่ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 หากนักจุลชีววิทยาทำชุมชนแบคทีเรียหกลงบนจานเพาะเชื้อ การระบุสายพันธุ์ สายพันธุ์ย่อย และสายพันธุ์ที่หลากหลายภายในจานเพาะเลี้ยงนั้นถือเป็นภารกิจที่ยิ่งใหญ่ มีสิ่งมีชีวิตมากเกินไปปะปนกัน โดยลดลงและไหลไปตามกาลเวลา เนื่องจากแหล่งอาหารที่มีอยู่เปลี่ยนแปลงไป และสิ่งมีชีวิตต่างๆ มีชีวิตและตายไป นักวิทยาศาสตร์สามารถทำได้มากกว่าการระบุแต่ละโคโลนีทีละน้อยโดยพิจารณาจากรูปร่าง สี สัณฐานวิทยา และความต้องการสารอาหาร
จนกระทั่งไม่กี่ปีที่ผ่านมา สิ่งนี้ทำให้วงการนี้ไม่มีทฤษฎีกำหนดนิยามเพียงเล็กน้อยที่จะอธิบายว่าไมโครไบโอมรวมตัวกันได้อย่างไร และไม่มีสัจพจน์ที่ชัดเจนในการตีความผลการทดลอง ในปี 2007 นักจุลชีววิทยากลุ่มหนึ่งเขียนไว้ จุลชีววิทยารีวิวธรรมชาติ ว่าการไม่มีทฤษฎีนี้เกิดจากการขาดข้อมูลและการไม่สามารถประยุกต์ทฤษฎีทางนิเวศวิทยากับโลกด้วยกล้องจุลทรรศน์ได้อย่างกว้างขวาง หากไม่มีทฤษฎี สาขาวิทยาศาสตร์ก็ไม่มีโครงสร้าง ไม่มีรูปแบบ และไม่มีอำนาจในการทำนาย นักนิเวศวิทยาจุลินทรีย์สามารถสังเกตชุมชนได้ หากไม่มีทฤษฎีมาอธิบายความสำคัญของมัน อะไรก็อาจเป็นจริงได้
“บางครั้งเราบ่นว่าสิ่งต่าง ๆ ไม่น่าแปลกใจในระบบนิเวศของจุลินทรีย์” กล่าว ภาพแทนของ Alvaro Sanchezนักนิเวศวิทยาด้านจุลินทรีย์ที่สถาบันชีววิทยาเชิงหน้าที่และจีโนมิกส์ ซึ่งเป็นสถาบันร่วมของสภาวิจัยแห่งชาติสเปนและมหาวิทยาลัยซาลามังกา “เราไม่มีนักบวชที่แข็งแกร่ง เราไม่มีทฤษฎีการทำนาย ดังนั้นจึงไม่มีอะไรน่าแปลกใจเลย”
อย่างไรก็ตาม เครื่องมือทางพันธุกรรมใหม่ได้นำไปสู่วิธีการใหม่ในการอธิบายชุมชนจุลินทรีย์ การจัดลำดับแซงเจอร์ซึ่งเป็นวิธีที่เร็วที่สุดในการจัดลำดับยีนมานานหลายทศวรรษ สามารถระบุจุลินทรีย์ได้ทีละรายการเท่านั้น จากนั้นในช่วงกลางทศวรรษ 2000 เทคโนโลยีการจัดลำดับความเร็วสูงก็มีให้ใช้งาน และในปี 2010 เทคโนโลยีก็มีราคาไม่แพงพอสมควร นักจุลชีววิทยาสามารถระบุสปีชีส์ได้จาก DNA ที่มีอยู่ในตัวอย่าง
นักนิเวศวิทยาด้านจุลินทรีย์ต่างก็คลั่งไคล้มัน “ผู้คนกำลังเรียงลำดับนรกออกจากทุกสิ่ง” กล่าว Glen D'Souzaนักนิเวศวิทยาด้านจุลินทรีย์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธรัฐซูริก “ฟิลด์นี้ถูกครอบงำด้วยการอธิบายว่าใครอยู่ที่นั่น — จุดบกพร่องนี้อยู่ในสภาพแวดล้อมนี้ จุดบกพร่องนี้อยู่ในสภาพแวดล้อมนั้น”
บทนำ
ทันใดนั้น ข้อมูลจำนวนมากมายเผยให้เห็นถึงความหลากหลายของจุลินทรีย์ที่ยังไม่ทราบมาจนบัดนี้ ในปี 2009 มีการจัดลำดับจีโนมของแบคทีเรียไม่ถึง 1,000 ตัวอย่างสมบูรณ์ ภายในปี 2014 มี มากกว่า 30,000. ตัวเลขดังกล่าวเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โดย ณ สิ้นปี 2023 มีจีโนมของแบคทีเรียที่สมบูรณ์ 567,228 จีโนม เรียกดูได้อย่างง่ายดาย และพร้อมสำหรับการอ้างอิงโยง ปัจจุบันแบคทีเรียมีสัดส่วนเกือบ 80% ของข้อมูลจีโนมที่มีอยู่ทั้งหมด
“ผู้คนไม่รู้ว่าจะมีกี่สายพันธุ์” กราลกา ซึ่งปัจจุบันเปิดห้องทดลองของตัวเองที่มหาวิทยาลัย VU ในอัมสเตอร์ดัม กล่าว “คุณไม่สามารถแยกพวกมันออกจากกันได้ดีนักภายใต้กล้องจุลทรรศน์”
อย่างไรก็ตาม การระบุชนิดของแบคทีเรียแต่ละชนิดในชุมชนสามารถบอกนักวิทยาศาสตร์ได้มากเท่านั้น ชื่อของพวกเขาไม่ได้บอกอะไรมากนักว่าจุดบกพร่องแต่ละจุดมีส่วนช่วยอะไรหรือชุมชนเข้ากันได้อย่างไร
“ชุมชนเหล่านี้มีมิติสูง” กล่าว ยาโคโป กริลลี่นักนิเวศวิทยาจุลินทรีย์เชิงทฤษฎีและอดีตนักฟิสิกส์ที่ศูนย์ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีนานาชาติอับดุส ซาลาม ในเมืองตรีเอสเต ประเทศอิตาลี “ถ้าเราพยายามที่จะเข้าใจ [พวกเขา] เราต้องจัดการกับความจริงที่ว่าในชุมชนเหล่านี้มีประชากรจำนวนมาก หลากหลายสายพันธุ์ ไม่ว่า 'สายพันธุ์' จะหมายถึงอะไรก็ตาม สายพันธุ์เหล่านี้ทั้งหมดมีลักษณะเฉพาะของตัวเองและอยู่ร่วมกันได้”
ใน 2018 เพื่อ วิทยาศาสตร์ กระดาษ โดย Sanchez และทีมงานของเขาได้อนุญาตให้นักจุลชีววิทยาทำให้การคิดของพวกเขาง่ายขึ้น การวิจัยที่ก้าวหน้าของพวกเขาแสดงให้เห็นว่า หากคุณถอยออกไปหนึ่งก้าวและปล่อยให้รายละเอียดที่เฉพาะเจาะจง เช่น ชื่อสายพันธุ์ที่แน่นอน หายไป คุณจะเข้าใจตรรกะของชุมชนแบคทีเรียได้ดีขึ้น ราวกับว่าคุณกำลังดูภาพนามธรรมจากระยะไกล
เช่นเดียวกับ Grilli Sanchez เป็นนักฟิสิกส์ก่อนที่จะหันมาใช้นิเวศวิทยาของจุลินทรีย์ “ฉันตัดสินใจเริ่มทำงานเกี่ยวกับระบบนิเวศและชุมชนจุลินทรีย์เพราะฉันสังเกตเห็นว่าในระดับปริมาณ มันเป็นพื้นที่ที่ไม่ได้รับการศึกษาดีเท่ากับวิวัฒนาการ” ซานเชซกล่าว
สำหรับการศึกษานี้ ห้องทดลองของเขาได้เพาะเลี้ยงแบคทีเรียป่าที่เพาะเลี้ยงจากใบไม้ที่ตายแล้วและดินรอบๆ นิวเฮเวน รัฐคอนเนตทิคัต พวกเขาพบว่าเมื่อพิจารณาจากสภาพแวดล้อมชุดเดียวกัน เช่น แหล่งคาร์บอน อุณหภูมิ ความเป็นกรด และอื่นๆ ชุมชนจุลินทรีย์ใดๆ ก็ตามจะมีองค์ประกอบการทำงานที่เหมือนกัน ไม่ว่าจะเริ่มต้นอย่างไรก็ตาม ในการทดลองของเขา กับประชากรทุกกลุ่ม ช่องเดียวกันปรากฏขึ้นและถูกเติมเต็มครั้งแล้วครั้งเล่า แม้ว่าจะไม่จำเป็นว่าจะต้องเป็นแบคทีเรียสายพันธุ์เดียวกันก็ตาม
การวิจัยเปลี่ยนวิธีที่นักจุลชีววิทยามองชุมชน เมื่อ Sanchez เปรียบเทียบชุมชนตัวอย่างจากสภาพแวดล้อมเดียวกัน ชื่อของแบคทีเรียจะแตกต่างกันเสมอ D'Souza กล่าว “แต่ถ้าคุณดูที่เนื้อหายีนเชิงฟังก์ชัน เช่น ใครทำอะไร? นั่นคล้ายกันอย่างน่าประหลาดใจ” เขากล่าว “มันไม่สำคัญว่าคุณเป็นใคร สิ่งที่คุณทำมีความสำคัญ”
พลังทำนายของจีโนม
ในปี 2018 Gralka เพิ่งมาถึงบอสตันเพื่อทำงานเป็น postdoc ในห้องทดลองของ Cordero ที่ MIT เขาเริ่มต้นจากการเป็นนักชีวฟิสิกส์ โดยศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพของเซลล์ ทั้งแบบเดี่ยวและแบบมวลรวม เขาตัดสินใจเข้าร่วมโครงการวิจัยของ Cordero เนื่องจากนักวิจัยทั้งสองมีวิสัยทัศน์ที่คล้ายคลึงกัน: เพื่อพัฒนาความเข้าใจเชิงปริมาณและความเข้าใจในชุมชนจุลินทรีย์
Cordero มีช่องแช่แข็งที่เก็บจุลินทรีย์ในมหาสมุทรแอตแลนติกไว้ ซึ่งห้องทดลองของเขาเคยใช้ในการค้นพบที่น่าสนใจว่าชุมชนจุลินทรีย์ก่อตัวขึ้นรอบๆ แหล่งอาหารอย่างไร ซึ่งตีพิมพ์ใน ชีววิทยาปัจจุบัน ในปี 2019 พวกเขาทิ้งลูกบอลไคติน ซึ่งเป็นโพลีเมอร์ของโมเลกุลน้ำตาลที่ทำซ้ำซึ่งประกอบเป็นเปลือกแมลง ลงในวัฒนธรรมของแบคทีเรียที่เติบโตจากตัวอย่างจากทะเล เมื่อนักวิทยาศาสตร์จับลูกบอลกลับออกมา พวกเขาก็ดูว่าชุมชนใดก่อตัวขึ้น จุลินทรีย์ที่กินไคตินสามารถเกาะติดกับไคตินได้อย่างคาดการณ์ แต่ก็มีแบคทีเรียที่ไม่กินไคตินด้วย ดูเหมือนว่าแบคทีเรียเหล่านี้จะกินผลพลอยได้จากผู้กินไคติน ผู้กินไคตินและผู้กินผลพลอยได้ได้รวมตัวกันเป็นชุมชน
บทนำ
Gralka ผู้นี้รู้สึกทึ่ง ดูเหมือนว่าเป็นไปได้ว่าประเภทของชุมชนสามารถคาดเดาได้จากแหล่งอาหารของมันเพียงอย่างเดียว จากแหล่งอาหารดั้งเดิม และจากนั้นจากแหล่งใหม่ที่สร้างขึ้นเมื่อแบคทีเรียเริ่มแรกทำลายมันลง เขาสงสัยว่าเขาจะสามารถทำนายส่วนโค้งของการเปลี่ยนแปลงของชุมชนจุลินทรีย์ได้หรือไม่หากเขาควบคุมสภาวะเริ่มต้นของมัน
จากนั้น เมื่อเขาเข้าร่วมห้องทดลองของ Cordero “มีกระดาษออกมาจากห้องทดลองของ Alvaro [Sanchez] ซึ่งทำให้เกิดความกระฉับกระเฉงอย่างมาก” Gralka กล่าว งานในปี 2018 แสดงให้เห็นว่าช่องจุลินทรีย์ที่คาดเดาได้ปรากฏขึ้นซึ่งสามารถเติมเต็มได้ด้วยสายพันธุ์ต่างๆ มากมาย . ความคิดที่ว่าหน้าที่มีความสำคัญมากกว่าสายพันธุ์ต่างๆ ทำให้เขาเข้าใจได้ “ในดินบางครั้งคุณจะพบแบคทีเรียหลายพันชนิด จากนั้นนั่นจะทำให้เกิดคำถามขึ้นอย่างรวดเร็ว” เขากล่าว “มีหลายพันสายพันธุ์ได้อย่างไร? แน่นอนว่าไม่มีช่องที่แตกต่างกันนับพันช่อง”
เมื่อรวมข้อมูลเชิงลึกทั้งสองจาก Cordero และ Sanchez เข้าด้วยกัน Gralka สงสัยว่าเขาไม่เพียงสามารถทำนายชุมชนจุลินทรีย์จากแหล่งอาหารเริ่มต้นเท่านั้น แต่ยังอนุมานกลุ่มเฉพาะจากจีโนมของแบคทีเรียได้ด้วย
Gralka เก็บตัวอย่างช่องแช่แข็งของ Cordero ขั้นแรก เขาจำเป็นต้องจำแนกลักษณะของแบคทีเรียโดยพิจารณาจากอาหารที่พวกเขาชอบ ด้วยการใช้เครื่องมือที่มีปริมาณงานสูง เขาปลูกแบคทีเรีย 186 สายพันธุ์ในวัฒนธรรมที่เสริมด้วยแหล่งอาหาร 135 แห่ง ทั้งหมดนี้ Gralka วัดอัตราการเติบโตของตัวอย่างแบคทีเรียมากกว่า 25,000 ตัวอย่าง
แบคทีเรีย 186 สายพันธุ์มีความหลากหลายมากพอๆ กับในมนุษย์ 186 สายพันธุ์ และแบคทีเรียต่างก็มีรูปแบบและนิสัยเช่นเดียวกับมนุษย์ แบคทีเรียของ Gralka บางตัวเติบโตอย่างรวดเร็วด้วยน้ำตาล และแบคทีเรียบางตัวเติบโตอย่างรวดเร็วด้วยกรด รวมถึงกรดอินทรีย์ เช่น กรดซิตริก และกรดอะมิโน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของโปรตีน Gralka ใช้ข้อมูลดังกล่าววางสปีชีส์ไว้บนสิ่งที่เขาเรียกว่าแกนกรดน้ำตาลตามความต้องการของพวกมัน
จากนั้นเขาก็จัดลำดับดีเอ็นเอของสัตว์ทั้ง 186 สปีชีส์เพื่อดูว่าพวกมันมีความสัมพันธ์กันทางวิวัฒนาการอย่างไร Gralka รู้สึกประหลาดใจที่เห็นว่าสปีชีส์ที่เกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิดในตระกูลสายวิวัฒนาการเดียวกันมักมีความชอบด้านเมแทบอลิซึมที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ลำดับของแบคทีเรียรูปแท่ง Alteromonadales ที่บรรจุอยู่ในตัวกินกรด คอลเวลเลีย, พวกกินน้ำตาล พารากลาเซียโคลา และยิ่งจู้จี้จุกจิกน้อยลง Pseudoalteromonasซึ่งกินทั้งสองอย่าง สิ่งนี้สนับสนุนแนวคิดที่กว้างขึ้นว่าชื่อสายพันธุ์ไม่ได้สื่อข้อมูลมากนักเกี่ยวกับการทำงานของแบคทีเรียภายในชุมชนจุลินทรีย์ที่กำหนด
จากนั้นการวิเคราะห์ของ Gralka ก็เจาะลึกเข้าไปใน DNA ของแมลง เพื่อเชื่อมโยงจีโนมกับการทำงานของเมแทบอลิซึม เขาจึงค้นหายีนที่ทราบกันว่าเกี่ยวข้องกับการย่อยและเผาผลาญน้ำตาล และทำเช่นเดียวกันกับกรด เขาพบว่าจำนวนยีนที่กินน้ำตาลหรือกรดทำนายได้ว่าจุลินทรีย์แต่ละตัวจะตกอยู่ที่ใดในสเปกตรัมของกรดน้ำตาล ยิ่งยีนแต่ละสายพันธุ์มีสำหรับกระบวนการหนึ่งหรืออีกกระบวนการมากเท่าใด มีแนวโน้มมากขึ้นที่จุลินทรีย์จะตกลงที่ปลายแกนนั้น . การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่านักจุลชีววิทยาสามารถสร้างระบบเมแทบอลิซึมของชุมชนโดยการค้นหาลำดับของยีนบางชนิด
บทนำ
แล้วเขาก็พบสิ่งที่น่าประหลาดใจยิ่งกว่านั้น โดยไม่สนใจลำดับยีนที่แท้จริง เขามองตรงไปที่การสลายโมเลกุลของ DNA ของสายพันธุ์ ในเกลียวคู่ของ DNA ฐานสี่ประเภทในสายตรงข้ามจะถูกจับคู่ โดยมีกัวนีน (G) จับกับไซโตซีน (C) และไทมีน (T) จับกับอะดีนีน (A) โดยไม่คาดคิด จีโนมของผู้กินกรดมีปริมาณ GC โดยเฉลี่ย 55% ในขณะที่ปริมาณ GC ของผู้กินน้ำตาลมีค่าเฉลี่ยประมาณ 40% เพื่อยืนยันว่าความสัมพันธ์นี้ไม่ใช่ลักษณะเฉพาะของชุมชนจุลินทรีย์ของเขา Gralka ได้วิเคราะห์ชุดข้อมูลขนาดใหญ่ของจีโนมอ้างอิงนับพันจากต้นไม้แห่งชีวิตของแบคทีเรีย รูปแบบที่จัดขึ้น: ผู้เชี่ยวชาญด้านกรดโดยทั่วไปมีปริมาณ GC สูงกว่าผู้เชี่ยวชาญด้านน้ำตาล
กฎข้อนี้ดูเรียบง่ายอย่างเหลือเชื่อ เคมีของ DNA ของแบคทีเรียทำนายถึงโพรงของมันในชุมชน Gralka สามารถระบุได้ว่าสปีชีส์หนึ่งกินน้ำตาลหรือกรดโดยพิจารณาจากปริมาณจีโนมของมันเพียงอย่างเดียว โดยไม่ต้องตรวจสอบยีนของมันเลย สถิติและจีโนมิกส์พบลำดับง่ายๆ โดยที่อนุกรมวิธานไม่เห็นอะไรเลย
การทำนายอนาคตของจุลินทรีย์
งานนี้วางรากฐานสำหรับวิทยาศาสตร์ใหม่ในการทำนายเชิงปฏิบัติเกี่ยวกับชุมชนจุลินทรีย์ สมมติว่าท่อส่งน้ำมันรั่วและน้ำมันดิบรั่วไหลในป่า นักจุลชีววิทยาหรือนักวิทยาศาสตร์ด้านสิ่งแวดล้อมอาจต้องการทราบว่าแบคทีเรียชนิดใดจะโผล่ขึ้นมากินน้ำมันนั้น แพทย์อาจต้องการทราบว่าจุลินทรีย์ในลำไส้ของผู้ป่วยสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างไรตลอดระยะเวลาที่เป็นโรค และอาจใช้การทำนายนั้นเพื่อสั่งยาปฏิชีวนะหรือยาอื่นๆ โดยเฉพาะ
คำถามมากมายสามารถตอบได้และแก้ไขปัญหาได้หากนักวิจัยสามารถประเมินการทำงานของชุมชนจุลินทรีย์ได้อย่างรวดเร็ว “ในห้องทดลองของผม เราเรียกมันว่าภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกของโค้ช” ซานเชซกล่าว “คุณมีผู้เล่นมากมาย และคุณอยากรู้ว่าใครควรลงสนามถ้าคุณต้องการเพิ่มคะแนนสูงสุด ฉันมีรายชื่อ 100 สายพันธุ์นี้ ฉันต้องการใส่พวกมันในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ และฉันต้องการสร้างเอทานอลให้ได้มากที่สุด แล้วฉันควรจะใส่สายพันธุ์ไหน?”
กฎเกณฑ์ที่นักนิเวศวิทยาจุลินทรีย์กำลังเปิดเผยยังไม่สามารถตอบคำถามนั้นได้ อย่างไรก็ตาม การประเมินอย่างรวดเร็วของการเผาผลาญของจุลินทรีย์หรือทฤษฎีการทำงานของชุมชนแบคทีเรียและยีนของพวกมัน สักวันหนึ่งอาจสามารถนำมาใช้ในการศึกษาและจัดการโลกแห่งกระบวนการทางนิเวศวิทยาได้ Gralka กล่าว
ชุมชนจุลินทรีย์เป็นผู้เล่นหลักในทุกวัฏจักรทางนิเวศบนโลก เมื่อต้นไม้ล้มลงในป่า เชื้อราและแบคทีเรียจะรวมตัวกันเพื่อกินและย่อยสลาย ส่งผลให้ส่วนประกอบของต้นไม้กลับคืนสู่วัฏจักรสารอาหารทั่วโลก ด้วยแนวคิดที่นำเสนอโดย Gralka, Sanchez, Cordero และนักนิเวศวิทยาจุลินทรีย์อื่นๆ ชุมชนเฉพาะแห่งใหม่นี้สามารถคาดเดาได้ ไม้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลสซึ่งเป็นโพลีเมอร์กลูโคส ดังนั้น ชุมชนที่พร้อมสำหรับการมีส่วนร่วมในการสลายตัวของป่าไม้จะเป็นแหล่งอาศัยของแบคทีเรียกินน้ำตาล มียีนย่อยน้ำตาลมากมาย และมีจีโนมที่ประกอบด้วยโมเลกุล GC ในสัดส่วนที่ต่ำกว่า การเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันและลึกลับของผู้กินกรดอาจเป็นสัญญาณว่ามีบางอย่างผิดปกติ Gralka แนะนำ
แกนกรดน้ำตาลเป็นเพียงกลุ่มชุมชนประเภทเดียวที่นักนิเวศวิทยาจุลินทรีย์เหล่านี้ต้องการระบุ Cordero เสนอระบบนิเวศป่าไม้เป็นตัวอย่างของจุดมุ่งหมายสูงสุดของพวกเขา นักนิเวศวิทยาได้กำหนดลักษณะและหน้าที่ทั่วไปหลายอย่างที่ใช้ร่วมกันระหว่างป่าไม้และแตกต่างกันออกไป ทำให้สามารถเปรียบเทียบและทำนายได้
“ชีวมวลบนใบเทียบกับลำต้นมีเท่าใด? ปรากฎว่าพืชที่มีใบขนาดใหญ่หายใจได้มากกว่าในสภาพแวดล้อมเขตร้อน” คอร์เดโรกล่าว “รากลึกแค่ไหน? นั่นจะบอกคุณว่าพวกมันสามารถรับสารอาหารจากสิ่งแวดล้อมได้มากเพียงใด พวกเขาจะเติบโตเร็วแค่ไหน? พวกเขาสูงแค่ไหน? พวกเขา [ที่] แข่งขันเพื่อแสงได้ดีแค่ไหน?” การรู้ตัวแปรเหล่านั้นแม้แต่สองสามตัวก็สามารถบอกเราได้มากมายเกี่ยวกับพลวัตของป่าไม้
คอร์เดโรไม่ทราบว่าลักษณะคล้ายคลึงกันของจุลินทรีย์และชุมชนของพวกมันเป็นอย่างไร โพรงแบคทีเรียจำนวนมากเกี่ยวข้องกับเมแทบอลิซึมและผลพลอยได้อย่างแน่นอน แต่มีมุมอื่นที่ต้องพิจารณา “ถ้าเรามีวิธีที่จะเรียนรู้ว่าตัวแปรเหล่านี้คืออะไร … และวิธีการระบุตัวแปรเหล่านี้อย่างเป็นระบบ นั่นคงจะน่าทึ่งมาก” เขากล่าว
ในแง่หนึ่ง นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้กำลังสร้างแผนที่ชุมชนจุลินทรีย์ในระบบนิเวศเป็นครั้งแรก งานของพวกเขาเสนอมุมมองใหม่ว่าแท้จริงแล้วชุมชนจุลินทรีย์คืออะไร โดยแสดงให้เห็นว่าจุลินทรีย์ชนิดใดถูกกำหนดได้ดีที่สุดกับสิ่งที่พวกเขาทำ
หมายเหตุบรรณาธิการ: Cordero เป็นผู้นำ Simons Collaboration on Principles of Microbial Ecosystems ซึ่งเป็นโครงการวิจัยที่ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิ Simons ซึ่งให้ทุนสนับสนุนเรื่องนี้ด้วย นิตยสารอิสระด้านบรรณาธิการ. การตัดสินใจระดมทุนของมูลนิธิ Simons ไม่มีอิทธิพลต่อการรายงานข่าวของเรา
- เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
- เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
- เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
- เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
- ที่มา: https://www.quantamagazine.org/the-quest-for-simple-rules-to-build-a-microbial-community-20240117/
- :มี
- :เป็น
- :ไม่
- :ที่ไหน
- ][หน้า
- $ ขึ้น
- 000
- 08
- 1
- 100
- 2014
- 2016
- 2018
- 2019
- 2023
- 25
- 30
- a
- ความสามารถ
- สามารถ
- เกี่ยวกับเรา
- บทคัดย่อ
- อุดมสมบูรณ์
- ลงชื่อเข้าใช้
- ข้าม
- ที่เกิดขึ้นจริง
- จริง
- ราคาไม่แพง
- หลังจาก
- มวลรวม
- จุดมุ่งหมาย
- ทั้งหมด
- ช่วยให้
- คนเดียว
- ตาม
- ด้วย
- เสมอ
- น่าอัศจรรย์
- ในหมู่
- อัมสเตอร์ดัม
- an
- การวิเคราะห์
- วิเคราะห์
- และ
- อื่น
- คำตอบ
- ยาแก้อักเสบ
- ใด
- สิ่งใด
- นอกเหนือ
- ปรากฏ
- ปรากฏ
- ใช้
- เข้าใกล้
- เส้นโค้ง
- เป็น
- AREA
- ที่ถกเถียงกันอยู่
- รอบ
- มาถึง
- AS
- การชุมนุม
- ประเมินผล
- การประเมินผล
- At
- ใช้ได้
- เฉลี่ย
- ไป
- แกน
- กลับ
- แบคทีเรีย
- ตาม
- ขั้นพื้นฐาน
- BE
- กลายเป็น
- เพราะ
- รับ
- ก่อน
- ที่ดีที่สุด
- ดีกว่า
- ระหว่าง
- ใหญ่
- ชีววิทยา
- ชีวมวล
- Blocks
- บอสตัน
- ทั้งสอง
- ขอบเขต
- รายละเอียด
- หมดสภาพ
- ความก้าวหน้า
- ที่กว้างขึ้น
- Broke
- Bug
- สร้าง
- การก่อสร้าง
- พวง
- แต่
- by
- ทางอ้อม
- โทรศัพท์
- ที่เรียกว่า
- โทร
- มา
- CAN
- คาร์บอน
- แค็ตตาล็อก
- เซลล์
- ศูนย์
- ศตวรรษ
- บาง
- เปลี่ยนแปลง
- การเปลี่ยนแปลง
- การเปลี่ยนแปลง
- สมบัติ
- เคมี
- เมือง
- อย่างใกล้ชิด
- การทำงานร่วมกัน
- สี
- รวม
- ชุมชน
- ชุมชน
- เมื่อเทียบกับ
- การเปรียบเทียบ
- การแข่งขัน
- สมบูรณ์
- อย่างสมบูรณ์
- ส่วนประกอบ
- สงบ
- ส่วนประกอบ
- แนวความคิด
- เงื่อนไข
- ยืนยัน
- คอนเนตทิคั
- พิจารณา
- ที่มีอยู่
- เนื้อหา
- การบริจาค
- การควบคุม
- ความสัมพันธ์
- ได้
- สภา
- หลักสูตร
- ศาล
- ความคุ้มครอง
- ที่สร้างขึ้น
- หยาบ
- น้ำมันดิบ
- วงจร
- รอบ
- ข้อมูล
- ชุดข้อมูล
- ตาย
- จัดการ
- ทศวรรษที่ผ่านมา
- ตัดสินใจ
- การตัดสินใจ
- ลึก
- ลึก
- กำหนด
- การกำหนด
- ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับ
- บรรยาย
- อธิบาย
- รายละเอียด
- พัฒนา
- ที่กำลังพัฒนา
- DID
- เสียชีวิต
- แตกต่าง
- ความแตกต่าง
- ต่าง
- อาหารเย็น
- โดยตรง
- ค้นพบ
- การค้นพบ
- โรค
- จาน
- ระยะทาง
- หลาย
- ความหลากหลาย
- ดีเอ็นเอ
- do
- คุณหมอ
- ทำ
- ไม่
- ครอบงำ
- Dont
- สอง
- ลง
- ปรับตัวลดลง
- พลศาสตร์
- แต่ละ
- กระหาย
- ก่อน
- โลก
- กิน
- นิเวศวิทยา
- ระบบนิเวศ
- ระบบนิเวศ
- ประสิทธิผล
- การเปิดใช้งาน
- ปลาย
- สิ่งแวดล้อม
- สิ่งแวดล้อม
- สภาพแวดล้อม
- จำเป็น
- สร้าง
- ประมาณการ
- แม้
- ทุกๆ
- ทุกอย่าง
- วิวัฒนาการ
- คาย
- การตรวจสอบ
- ตัวอย่าง
- การทดลอง
- การทดลอง
- อธิบาย
- ขอบเขต
- ต้องเผชิญกับ
- ความจริง
- ฟอลส์
- ครอบครัว
- FAST
- ที่เร็วที่สุด
- รัฐบาลกลาง
- สองสาม
- น้อยลง
- สนาม
- รูป
- ที่เต็มไป
- หา
- ผลการวิจัย
- ชื่อจริง
- ครั้งแรก
- ที่ไหล
- โดยมุ่งเน้น
- อาหาร
- อาหาร
- สำหรับ
- ป่า
- ฟอร์ม
- ที่เกิดขึ้น
- พบ
- รากฐาน
- ผู้สร้าง
- สี่
- ราคาเริ่มต้นที่
- ด้านหน้า
- ฟังก์ชัน
- การทำงาน
- การทำงาน
- ฟังก์ชั่น
- การระดมทุน
- เงิน
- ให้
- General
- โดยทั่วไป
- ทางพันธุกรรม
- จีโนม
- ฟังก์ชั่น
- GitHub
- ให้
- กำหนด
- จะช่วยให้
- เหตุการณ์ที่
- เป้าหมาย
- ดี
- ปกครอง
- เพิ่มขึ้น
- บัญชีกลุ่ม
- ขึ้น
- เจริญเติบโต
- การเจริญเติบโต
- มี
- มี
- ที่พัก
- he
- จัดขึ้น
- สูงกว่า
- อย่างสูง
- พระองค์
- ของเขา
- ความหวัง
- โรงพยาบาล
- เจ้าภาพ
- ร้อน
- สรุป ความน่าเชื่อถือของ Olymp Trade?
- อย่างไรก็ตาม
- HTTPS
- ใหญ่
- มนุษย์
- i
- ความคิด
- ระบุ
- แยกแยะ
- ระบุ
- if
- ความสำคัญ
- in
- การไร้ความสามารถ
- รวมทั้ง
- อิสระ
- เป็นรายบุคคล
- เป็นรายบุคคล
- มีอิทธิพล
- ข้อมูล
- ให้ข้อมูล
- แรกเริ่ม
- ข้อมูลเชิงลึก
- แทน
- สถาบัน
- การมีปฏิสัมพันธ์
- น่าสนใจ
- International
- เข้าไป
- แนะนำ
- มองไม่เห็น
- ร่วมมือ
- IT
- อิตาลี
- ITS
- ตัวเอง
- ร่วม
- เข้าร่วม
- ร่วมกัน
- เพียงแค่
- คีย์
- ชนิด
- ทราบ
- รู้ดี
- ที่รู้จักกัน
- ห้องปฏิบัติการ
- ไม่มี
- ที่ดิน
- ส่วนใหญ่
- ที่มีขนาดใหญ่
- วาง
- นำไปสู่
- การรั่วไหล
- เรียนรู้
- นำ
- ซ้าย
- น้อยลง
- ให้
- ชั้น
- ชีวิต
- เบา
- กดไลก์
- น่าจะ
- ถูก จำกัด
- รายการ
- น้อย
- ตรรกะ
- ดู
- มอง
- ที่ต้องการหา
- Lot
- ลด
- ปอด
- ทำ
- นิตยสาร
- ทำ
- ทำให้
- การทำ
- จัดการ
- หลาย
- การทำแผนที่
- กองทัพเรือ
- แมสซาชูเซต
- สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์
- มาก
- เรื่อง
- เรื่อง
- เพิ่ม
- วิธี
- วัด
- การวัด
- แค่
- การเผาผลาญอาหาร
- วิธี
- ไมโครไบโอม
- กล้องจุลทรรศน์
- อาจ
- นาที
- เอ็มไอที
- ผสม
- โมเลกุล
- เดือน
- ถาวร
- ข้อมูลเพิ่มเติม
- มากที่สุด
- ส่วนใหญ่
- มาก
- my
- ลึกลับ
- ชื่อ
- ชื่อ
- แห่งชาติ
- เกือบทั้งหมด
- จำเป็นต้อง
- จำเป็น
- เครือข่าย
- ใหม่
- ช่อง
- NIH
- ไม่
- หมายเหตุ
- ไม่มีอะไร
- ตอนนี้
- จำนวน
- การสังเกต
- ชัดเจน
- ที่เกิดขึ้น
- มหาสมุทร
- of
- ปิด
- เสนอ
- มักจะ
- น้ำมัน
- on
- ONE
- เพียง
- เปิด
- โอกาส
- ที่คัดค้าน
- or
- ใบสั่ง
- อินทรีย์
- ที่มา
- เป็นต้นฉบับ
- อื่นๆ
- ผลิตภัณฑ์อื่นๆ
- ของเรา
- ออก
- เกิน
- ของตนเอง
- ภาพวาด
- จับคู่
- กระดาษ
- ที่เข้าร่วมโครงการ
- ในสิ่งที่สนใจ
- คู่กรณี
- ผู้ป่วย
- แบบแผน
- รูปแบบ
- ดำเนินการ
- การอนุญาต
- Petri
- กายภาพ
- ฟิสิกส์
- ท่อ
- วางไว้
- พืช
- เพลโต
- เพลโตดาต้าอินเทลลิเจนซ์
- เพลโตดาต้า
- ผู้เล่น
- พอลิเมอ
- โพลีเมอ
- ป๊อป
- ประชากร
- ประชากร
- เป็นไปได้
- ที่อาจเกิดขึ้น
- อำนาจ
- ประยุกต์
- คาดการณ์
- ทายได้
- ที่คาดการณ์
- คำทำนาย
- การคาดการณ์
- ทำนาย
- การตั้งค่า
- ที่ต้องการ
- กำหนด
- การมี
- นำเสนอ
- สวย
- ส่วนใหญ่
- หลักการ
- ปัญหาที่เกิดขึ้น
- กระบวนการ
- กระบวนการ
- โครงการ
- คุณสมบัติ
- สัดส่วน
- เสนอ
- โปรตีน
- ให้
- การตีพิมพ์
- ใส่
- ควอนทามากาซีน
- เชิงปริมาณ
- การแสวงหา
- คำถาม
- คำถาม
- รวดเร็ว
- อย่างรวดเร็ว
- อย่างรวดเร็ว
- ราคา
- เมื่อเร็ว ๆ นี้
- รับรู้
- ตระหนักถึง
- การอ้างอิง
- ที่เกี่ยวข้อง
- ความต้องการ
- การวิจัย
- นักวิจัย
- ผลสอบ
- การคืน
- เปิดเผย
- รีวิว
- ขวา
- แข็งแรง
- บทบาท
- ราก
- บัญชีรายชื่อ
- ลวก
- กฎ
- กฎระเบียบ
- ทำงาน
- กล่าวว่า
- เดียวกัน
- กล่าว
- ขนาด
- วิทยาศาสตร์
- วิทยาศาสตร์
- นักวิทยาศาสตร์
- นักวิทยาศาสตร์
- คะแนน
- ค้นหา
- เห็น
- ดูเหมือน
- ความรู้สึก
- ลำดับ
- ชุด
- รูปร่าง
- ที่ใช้ร่วมกัน
- ขยับ
- ขยับ
- สั้น
- น่า
- แสดงให้เห็นว่า
- การแสดง
- ลงชื่อ
- คล้ายคลึงกัน
- ง่าย
- ลดความซับซ้อน
- ตั้งแต่
- เดียว
- สถานการณ์
- So
- สังคม
- ดิน
- แก้ไข
- บาง
- สักวันหนึ่ง
- อย่างใด
- บางสิ่งบางอย่าง
- บางครั้ง
- แสวงหา
- แหล่ง
- แหล่งที่มา
- สเปน
- ครอบคลุม
- ผู้เชี่ยวชาญ
- โดยเฉพาะ
- สเปกตรัม
- ขัดขวาง
- ฤดูใบไม้ผลิ
- เริ่มต้น
- ข้อความที่เริ่ม
- ที่เริ่มต้น
- สถิติ
- ก้าน
- ขั้นตอน
- เรื่องราว
- สายพันธุ์
- เส้น
- แข็งแรง
- โครงสร้าง
- มีการศึกษา
- ศึกษา
- การศึกษา
- แข็งแรง
- ฉับพลัน
- น้ำตาล
- ที่สนับสนุน
- อย่างแน่นอน
- ประหลาดใจ
- น่าแปลกใจ
- สวิสเซอร์แลนด์
- T
- เอา
- ใช้เวลา
- กลิ่นฉุน
- งาน
- อนุกรมวิธาน
- ทีม
- เทคนิค
- เทคโนโลยี
- บอก
- บอก
- กว่า
- ที่
- พื้นที่
- ของพวกเขา
- พวกเขา
- แล้วก็
- ตามทฤษฎี
- ทฤษฎี
- ที่นั่น
- ดังนั้น
- ล้อยางขัดเหล่านี้ติดตั้งบนแกน XNUMX (มม.) ผลิตภัณฑ์นี้ถูกผลิตในหลายรูปทรง และหลากหลายเบอร์ความแน่นหนาของปริมาณอนุภาคขัดของมัน จะทำให้ท่านได้รับประสิทธิภาพสูงในการขัดและการใช้งานที่ยาวนาน
- พวกเขา
- สิ่ง
- คิด
- นี้
- เหล่านั้น
- แต่?
- พัน
- เจริญเติบโต
- เวลา
- ไปยัง
- ในวันนี้
- ร่วมกัน
- บอก
- เกินไป
- เอา
- เครื่องมือ
- ต้นไม้
- จริง
- ลอง
- พยายาม
- หัน
- การหมุน
- ผลัดกัน
- สอง
- ชนิด
- ชนิด
- ที่สุด
- เปิดเผย
- ภายใต้
- เข้าใจ
- ความเข้าใจ
- การแฉ
- สากล
- มหาวิทยาลัย
- ไม่ทราบ
- us
- ใช้
- มือสอง
- ข้อมูลที่เป็นประโยชน์
- การใช้
- ความหลากหลาย
- กว้างใหญ่
- ภาษีมูลค่าเพิ่ม
- กับ
- มาก
- รายละเอียด
- การดู
- วิสัยทัศน์
- ต้องการ
- คือ
- ทาง..
- วิธี
- we
- webp
- ดี
- ไป
- คือ
- อะไร
- อะไรก็ตาม
- เมื่อ
- ว่า
- ที่
- ในขณะที่
- WHO
- ทำไม
- ป่า
- จะ
- ไวน์
- กับ
- ภายใน
- ไม่มี
- ไม้
- งาน
- การทำงาน
- โลก
- จะ
- เขียน
- ปี
- ปี
- ยัง
- เธอ
- ของคุณ
- ลมทะเล
- ซูริค