Микробная экосистема находится в сбалансированном состоянии. Этот баланс представляет собой сложную и тонкую динамическую материю. Это тесно связано со стабильностью многих областей, таких как здоровье человека и глобальная окружающая среда. Этот баланс не является фиксированным. Это результат непрерывного взаимодействия микробных сообществ и окружающей их среды. Поймите и поддерживайте этот баланс. За содействие устойчивому развитию сельского хозяйства, разработку новых пробиотических методов лечения и борьбу с загрязнением окружающей среды. Все они имеют чрезвычайно важное практическое значение.
Как понять основные компоненты микробных экосистем
Это не одинокий вид, играющий в одиночку, который можно назвать здоровой микробной экосистемой, а сложный симфонический оркестр, состоящий из бактерий, архей, грибов, вирусов и других микроорганизмов. Между различными микроорганизмами, такими как бактерии, археи, грибы и вирусы, существуют различные интерактивные отношения, такие как конкуренция, симбиоз, хищничество и синергия. Например, некоторые бактерии в кишечнике выделяют питательные вещества, необходимые для роста других видов бактерий, в то время как другие бактерии могут производить антибактериальные вещества для подавления конкурентов.
Эти микроорганизмы не существуют изолированно; они тесно интегрированы с хозяином или физическими и химическими факторами окружающей среды. Температура, pH, содержание кислорода, влажность и доступные питательные вещества образуют «сцену» для выживания микробов. Любое изменение любого фактора может нарушить первоначальный баланс, вызывая чрезмерное размножение одних микробных популяций, в то время как другие подавляются, вызывая серию цепных реакций.
Почему микробные экосистемы выходят из равновесия
Наиболее распространенной причиной дисбаланса экосистем являются серьезные нарушения внешней среды. В организме человека длительное применение антибиотиков широкого спектра действия убивает большое количество бактерий без разбора и разрушает структуру кишечной флоры. Это может привести к чрезмерному росту условно-патогенных микроорганизмов, таких как Clostridium difficile. В почве чрезмерное применение химических удобрений и пестицидов приведет к изменению физических и химических свойств почвы, уничтожению полезных микроорганизмов, затвердеванию почвы и снижению ее плодородия.
Внутренние факторы также могут вызывать дисбаланс. Само микробное сообщество может претерпевать структурные изменения вследствие мутации определенного микроорганизма или внедрения инвазивных видов. Это изменение иногда похоже на «домино», запускающее преемственность всего сообщества. Например, когда в сообщество проникает высококонкурентная патогенная бактерия, она может быстро занять экологическую нишу, вытеснить исходные виды бактерий и вызвать дисфункцию экосистемы.
Какое конкретное влияние микробный дисбаланс оказывает на здоровье человека?
Наиболее непосредственное проявление – в пищеварительной системе. Дисбаланс кишечной флоры тесно связан с синдромом раздраженного кишечника, воспалительными заболеваниями кишечника и т. д. Как только количество полезных бактерий уменьшается, а вредных бактерий увеличивается, барьерная функция и функция иммунной регуляции кишечника будут повреждены, что может привести к «дырявому кишечнику», что, в свою очередь, позволяет эндотоксинам проникать в кровообращение и вызывать системное вялотекущее воспаление.
Этот эффект не ограничивается только кишечником, но имеет более широкий спектр. Исследования последних лет выявили существование «оси кишечник-мозг», в которой кишечная флора сообщается с мозгом в двух направлениях через нервные, иммунные и эндокринные пути. Дисбаланс микробиоты связан с нервно-психическими состояниями, такими как тревога, депрессия, расстройства аутистического спектра и даже болезнь Паркинсона. Кроме того, это также связано с возникновением и развитием хронических заболеваний, таких как ожирение, диабет и аутоиммунные заболевания. Предоставляйте глобальные услуги по закупкам слабых текущих интеллектуальных продуктов!
Как применять принципы микробного баланса в сельском хозяйстве
В настоящее время в рамках современного сельского хозяйства важной тенденцией развития стало использование микробных агентов для восстановления здоровья почвы путем применения микробных агентов. Эти агенты содержат функциональные штаммы, такие как бактерии, фиксирующие азот, бактерии, солюбилизирующие фосфаты и бактерии, солюбилизирующие калий. Они могут превращать питательные вещества в почве, которые растениям трудно использовать напрямую, в те, которые можно использовать, тем самым снижая зависимость от химических удобрений. В то же время антибиотики-антагонисты могут подавлять патогены, передающиеся через почву, и оказывать биологический контрольный эффект.
Альтернативный подход заключается в управлении всей экосистемой фермы, а не отдельными культурами. Реализация таких мер, как севооборот, совмещение культур и посадка покровных культур, может обеспечить почвенным микроорганизмам разнообразные источники питания и среды обитания, тем самым способствуя микробному разнообразию. Развитая почвенная микробная сеть может улучшить круговорот питательных веществ, удерживать воду и противостоять болезням, в конечном итоге достигая целей улучшения качества сельского хозяйства, увеличения выгод и экологической устойчивости.
Как восстановление окружающей среды зависит от баланса микроорганизмов
На загрязненных участках ученые часто используют такие стратегии, как «биоаугментация» или «биостимуляция». Биоаугментация предполагает размещение отобранных и одомашненных штаммов легко разлагаемых бактерий непосредственно в загрязненную окружающую среду, чтобы ускорить разложение загрязняющих веществ. Например, определенные штаммы бактерий используются для очистки органических загрязнителей, таких как нефтяные углеводороды и полихлорированные бифенилы.
Биостимуляция без введения экзогенных бактерий основана на корректировке условий окружающей среды, например добавлении питательных веществ, улучшении снабжения кислородом или регулировании pH, чтобы активировать потенциал деградации микробного сообщества in situ. Этот метод больше ориентирован на восстановление и использование общих функций местной микробной экосистемы, которая зачастую более экологически стабильна и позволяет избежать рисков, которые могут быть вызваны интродукцией чужеродных видов.
Основные технические направления корректировки микробной экологии в будущем
Технология высокопроизводительного секвенирования, основанная на метагеномике, позволяет анализировать состав и функциональные гены микробных сообществ на беспрецедентной глубине. Это позволяет нам проводить точную диагностику, выявлять ключевые виды или функциональные недостатки, вызывающие дисбаланс, и определять цели для последующего точного вмешательства, такого как анализ карты кишечной флоры пациента, чтобы адаптировать индивидуальный план добавок с пребиотиками или пробиотиками.
Наиболее передовыми направлениями вмешательства являются синтетическая биология и трансплантация микробиоты. Ученые могут создавать и синтезировать определенные микробные сообщества, чтобы они могли иметь заранее определенные функции, а затем имплантироваться в целевую среду. Трансплантация фекальной микробиоты представляет собой «холистическое перемещение» всего функционального микробиома. Он достиг замечательных результатов в лечении рецидивирующих инфекций Clostridium difficile и в будущем может использоваться для лечения более широкого спектра заболеваний, связанных с микробиотой.
Чтобы лучше отслеживать и поддерживать такой невидимый баланс на практике, нам нужны надежные технические методы определения изменений окружающей среды. Будь то точный контроль лабораторных инкубаторов или мониторинг крупномасштабных проектов по восстановлению окружающей среды в режиме реального времени, стабильное интеллектуальное оборудование является незаменимой основой. Какова самая большая техническая проблема, с которой каждый сталкивается, когда занимается контролем окружающей среды или сбором данных, связанных с микроорганизмами, в реальной работе или исследованиях? Добро пожаловать, чтобы поделиться своим опытом и идеями в области комментариев. Если вы нашли эту статью полезной, пожалуйста, поставьте ей лайк и поделитесь ею с другими коллегами.
Добавить комментарий