Расшифровывая популяции океанического микробиома
Понимание характеристик и структуры популяций имеет фундаментальное значение для понимания экосистемных процессов и эволюционных адаптаций.
Если изучение популяций животных и растений насчитывает несколько столетий, то микробные популяции находятся под пристальным научным вниманием пару десятков лет. В океане анализ генетического состава микробных популяций и их адаптации к различным нишам может дать важные сведения о функционировании экосистем и реакции микробиома на глобальные изменения. Однако микробные популяции остаются неуловимыми для научного сообщества из-за трудностей, связанных с выделением микроорганизмов в лабораторных условиях.
Сегодня достижения крупномасштабной метагеномики и метатранскриптомики позволяют исследовать популяции многих некультивируемых видов микроорганизмов, выделенных непосредственно из среды их обитания. Полученные к настоящему времени знания свидетельствуют о значительном генетическом разнообразии различных видов микроорганизмов, демонстрируют отчетливые модели дифференциации и адаптации популяций, а также подчеркивают значительную роль отбора в структурировании популяций. Ожидается, что в ближайшие годы популяционная геномика значительно расширит наше понимание архитектуры и функционирования океанического микробиома, позволяя понять его уязвимость или устойчивость перед лицом происходящих глобальных изменений.
Новое исследование специалистов Испанского Института морских наук, недавно опубликованное в журнале Microbiome, подчеркивает потенциал морских микробных популяций как индикаторов глобальных изменений. В частности, в работе анализируются накопленные на сегодняшний день знания о популяциях морских микроорганизмов и их роли в экосистемах, и делается вывод, что их анализ в пространстве и времени может отражать последствия глобальных изменений.
"Это связано с тем, что небольшие генетические изменения в этих популяциях могут быть более непосредственным образом соотнесены с незначительными, но постоянными изменениями окружающей среды, обусловленными глобальными изменениями, чем анализ видов", - объясняет Рамиро Логарес, соавтор исследования. По словам авторов, это было бы невозможно без новых молекулярных и вычислительных технологий, которые позволили изучить на генетическом уровне и в более обобщенном виде распределение и разнообразие микробных популяций в их естественной среде обитания. "Эти подходы позволили обнаружить генетические вариации, которые могут отражать адаптацию к изменениям окружающей среды в современных масштабах, то есть в течение десятилетий или лет", - добавляет Логарес.
Изучение изменчивости популяций микроорганизмов стало возможным благодаря широкомасштабному применению молекулярных методов, таких как метагеномика и метатранскриптомика, которые произвели революцию в способности анализировать эти популяции непосредственно в среде их обитания, преодолевая некоторые ограничения традиционных методов лабораторных методов культивирования. В частности, для этого исследования были собраны генетические данные по некультивируемым видам водных микроорганизмов. Полученные результаты свидетельствуют о значительном генетическом разнообразии в популяциях морских микроорганизмов и выявляют четкие модели дифференциации и адаптации популяций. Это подчеркивает важную роль экологического отбора, определяемого, в частности, температурой, в структурировании микробных популяций.
В целом, работа, основанная на обзоре более 150 статей, посвящена характеристикам и структуре микробных популяций, предлагая полное представление о том, как генетическая изменчивость популяций может быть связана с экосистемными процессами и эволюционными адаптациями. Исследование также подчеркивает важность понимания микробных популяций в контексте глобальных изменений и их роли в морских экосистемах. В океане микробы отвечают за такие процессы, как рециркуляция питательных веществ или разложение загрязняющих веществ, эффективность которых может зависеть от характеристик микробных популяций.
Исследования на уровне популяций могут открыть новую главу в экологической микробиологии, углубляя наше понимание состава, конфигурации, экологических взаимодействий и сложных взаимосвязей океанического микробиома с функционированием экосистем. Эти новые знания также будут иметь решающее значение в контексте глобальных изменений, поскольку мы стремимся понять устойчивость или уязвимость океанического микробиома. По этой причине авторы выступают за дальнейшее углубление в популяционную геномику для раскрытия этого все еще малоизученного аспекта микробного разнообразия, что, по их мнению, "приведет к лучшему пониманию архитектуры и функционирования морского микробиома, что, в свою очередь, поможет разработать лучшие стратегии в сфере охраны окружающей среды".
