Структурата на околната среда влияе върху взаимодействията между микробните видове, което прави обикновената кухненска гъба по-добър инкубатор за бактериално разнообразие от лабораторното блюдо на Петри.

Изследователи от Университета Дюк разкриха базов, но изненадващ факт: кухненската гъба е по-добър инкубатор за различни бактериални общности, отколкото лабораторното блюдо на Петри. Но не само събраната мръсотия стимулира изобилието от микроби, а структурата на самата гъба.

В поредица от експерименти учените показват как различни микробни видове могат да повлияят на динамиката на популацията на други в зависимост от фактори на тяхната структурна среда, като сложност и размер. Някои бактерии процъфтяват в разнообразна общност, докато други предпочитат самотно съществуване. А физическата среда, която позволява и на двата вида да живеят удобно, води до най-високите нива на биоразнообразие.

Почвата осигурява този вид оптимална среда за смесено местообитание, както и кухненската гъба.

Резултатите на биомедицинските инженери от Университета Дюк показват, че структурната среда трябва да бъде взета предвид от индустриите, които използват бактерии за изпълнение на задачи като почистване от замърсяване или производство на търговски продукти.

Резултатите са публикувани в списание Nature Chemical Biology.

_{Тези различни видове бактерии - всяка проектирана да свети в различен цвят, така че изследователите да могат да проследяват растежа им - процъфтяват в хармония помежду си благодарение на структурираната им среда. Кредит: Andrea Weiss, Zach Holmes and Yuanchi Ha, Duke University}

"Бактериите са точно като хората, живеещи през пандемията - за някои им е трудно да бъдат изолирани, докато други процъфтяват", обяснява Линчун Йоу (Lingchong You), професор по биомедицинско инженерство в Дюк. „Ние демонстрирахме, че в сложна общност, която има както положителни, така и отрицателни взаимодействия между видовете, има междинна степен на интеграция, която ще максимизира цялостното им съвместно съществуване.

Микробните общности се смесват в различна степен в природата. Почвата предоставя много кътчета за различни популации, които да растат без много взаимодействие от съседите си. Същото може да се каже и за отделните капчици вода по върховете на листата.

Но когато хората изхвърлят много бактериални видове заедно в безструктурна група, за да произвеждат стоки като алкохол, биогорива и лекарства, това обикновено е в чиния или дори в голяма вана. В своите експерименти Йоу и неговата лаборатория показват защо е разумно и да започне да се прилага структурен подход в промишлеността.

_{Тези различни видове бактерии - всяка проектирана да свети в различен цвят, така че изследователите да могат да проследяват растежа им - процъфтяват в хармония помежду си благодарение на структурираната им среда. Кредит: Andrea Weiss, Zach Holmes and Yuanchi Ha, Duke University}

Изследователите са закодирали около 80 различни щама на E. coli, за да могат да проследят растежа на популацията им. След това смесват бактериите в различни комбинации върху лабораторни плаки за растеж с голямо разнообразие от потенциални жилищни пространства, вариращи от шест големи дупки до 1536 малки дупки. Големите дупки са приближение до среда, в която микробните видове могат да се смесват свободно, докато малките имитират пространства, където видовете могат да се останат сами.

Независимо от размера на местообитанието, резултатите са еднакви. Малките дупки, които започват с няколко вида, се превръщат в общност с оцелели само един или два щама. По същия начин големите дупки, които започват с широк спектър от биоразнообразие, също завършват експеримента, като остават само един - два вида.

„Разделянето стимулира устойчивостта на популациите с отрицателни взаимодействия, но потиска тези с положителни взаимодействия. За общност, състояща се от популации с положителни и отрицателни взаимодействия, междинното ниво на разделяне максимизира цялостното разнообразие на общността", пишат изследователите.

Резултатите, разказва Йоу, създават рамка за изследователи, работещи с различни бактериални общности, да започнат да тестват кои структурни среди могат да работят най-добре за тяхната работа. Те също така сочат защо кухненската гъба е толкова полезно местообитание за микробите. Тя имитира различните степени на разделяне, открити в здрава почва, осигурявайки различни слоеве на разделяне, комбинирани с различни размери на общите пространства.

За да докажат тази точка, изследователите провеждат своя експеримент с обикновена домакинска гъба. Резултатите показват, че това е дори по-добър инкубатор за микробно разнообразие от всяко друго проверено от тях лабораторно оборудване.

„Както се оказва, гъбата е много прост начин за прилагане на многостепенно порциониране, за да се подобри цялостната микробна общност“, отбелязва Йоу. „Може би затова това е наистина мръсна – структурата на гъбата просто я прави перфектен дом за микробите.”

Справка: “Modulation of microbial community dynamics by spatial partitioning” by Feilun Wu, Yuanchi Ha, Andrea Weiss, Meidi Wang, Jeffrey Letourneau, Shangying Wang, Nan Luo, Shuquan Huang, Charlotte T. Lee, Lawrence A. David and Lingchong You, 10 February 2022, Nature Chemical Biology.

DOI: 10.1038/s41589-021-00961-w

Източник: Disgusting Biodiversity: The Surprising Structural Reason Your Kitchen Sponge Is a Bacterial Incubator
Duke University

Още по темата

28/02/2022

Животът

Най-голямата открита някога бактерия е дълга 2 см и изненадва със сложността си

07/02/2022

Животът

Невиждан досега начин, по който бактериите заразяват клетките

04/02/2022

Животът

Човешките чревни бактерии правят секс, за да споделят витамин В12

03/02/2022

Животът

Бактериите общуват с помощта на химически сигнали, сравними с радиовълните