Über das Mikrobiom

Was ist ein Mikrobiom?

Ein Mikrobiom ist die Gemeinschaft von Mikroorganismen—wie Bakterien, Archaeen, Pilzen sowie Viren—, die ein Ökosystem oder einen Organismus bewohnen., Mikroorganismen dominieren jedes andere Leben überall, wo Wissenschaftler nachgesehen haben, einschließlich des menschlichen Körpers, der Böden und Sedimente der Erde, der Ozeane und Süßwasserstraßen, der Atmosphäre und sogar extremer Umgebungen wie hydrothermalen Öffnungen und subglazialen Seen. Wissenschaftler verwenden auch den Begriff Mikrobiom, um sich auf all diese Gene zu beziehen, die mit diesen Lebensformen assoziiert sind.

Mikrobiome haben mehrere Gemeinsamkeiten. Ihre Bewohner sind reichlich und vielfältig und variieren von Ort zu Ort und sogar von Person zu Person. Sie sind auch dynamisch und verändern sich als Reaktion auf Faktoren wie Ernährung oder Klima., Schließlich sind sie mit ihrem Wirt verbunden und haben eine Give-and-Take-Beziehung, die sowohl für den Wirt als auch für seine ansässigen Mikroorganismen oft von Vorteil, sogar unerlässlich ist.

Forscher beginnen gerade, Mikrobiome systematisch zu untersuchen. Sie versuchen zu verstehen, was ein gesundes Mikrobiom ausmacht, einschließlich dessen, was Mikroben vorhanden sind und was diese Mikroben tun, sowie wie sich Mikrobiome im Laufe der Zeit verändern, wie solche Gemeinschaften im Gleichgewicht bleiben und wie sich Änderungen an Mikrobiomen auf die menschliche oder ökologische Gesundheit auswirken., Mikrobiomforschung ist sogar wichtig für die Weltraumforschung und Planetenforschung. Das Verständnis von Mikroorganismen hier auf der Erde, insbesondere solchen, die in extremen Umgebungen leben, kann uns helfen, das Potenzial alternativer Lebensformen zu verstehen und nach Leben auf anderen Planeten zu suchen. Sie können uns auch helfen, andere Planeten zu kolonisieren, indem sie uns helfen, erdähnliche, menschenfreundliche Umgebungen weit, weit weg zu schaffen.

Wo existieren Mikrobiome?,

Das menschliche Mikrobiom

Das menschliche Mikrobiom ist die Sammlung von Billionen von Mikroben, die im und am menschlichen Körper leben. Es besteht aus etwa tausend verschiedenen Bakterienarten, die sich im Mund, Darm und Vagina sowie auf der Haut befinden., Diese Mikroben und die Gene, die sie exprimieren, machen uns zu einem“ Superorganismus“, der aus menschlichen und mikrobiellen Zellen besteht. (Es wird geschätzt, dass das Mikrobiom einer Person zusätzlich zu den 20.000 bis 25.000, die unser Genom enthält, bis zu 8.000.000 Gene enthalten kann.) Das Mikrobiom variiert stark zwischen den verschiedenen Körperstellen. In der Tat wurden die Unterschiede zwischen dem Darm einer Person und oralen Mikroben mit den Unterschieden zwischen den Mikroben im Boden und in den Ozeanen verglichen.

Wir fangen an, Mikroben aufzunehmen, wenn wir geboren werden., Dieser Prozess wird in den nächsten drei Lebensjahren fortgesetzt, bis wir ein ausgereiftes Mikrobiom entwickelt haben. Die Ergebnisse sind nicht zufällig: Das menschliche Mikrobiom besteht aus bestimmten Arten von Mikroorganismen, die sich und ihren Wirt ergänzen und Funktionen erfüllen, die für das Leben unerlässlich sind. Zum Beispiel synthetisieren einige Darmbakterien Vitamine und Neurochemikalien; andere unterstützen die Verdauung und stärken das Immunsystem; Einige können sogar die Entwicklung des Gehirns steuern. Obwohl das Mikrobiom eines jeden ähnlich ist, variiert es von Individuum zu Individuum., Wissenschaftler versuchen immer noch zu erklären, wie diese mikrobielle Vielfalt entsteht, aber sie wird wahrscheinlich durch Faktoren wie Ernährung, Umwelt, Wirtsgenetik und Exposition gegenüber Mikroben früh im Leben beeinflusst.

Die Forscher untersuchen weiterhin die Identitäten und Aktivitäten unserer mikrobiellen Passagiere und die Verbindungen zwischen menschlichem Mikrobiom, Gesundheit und Krankheit. Ihr oberstes Ziel ist es zu verstehen, was ein gesundes menschliches mikrobielles Ökosystem ausmacht, und dann Wege zu entwickeln, es gesund zu halten und es bei Bedarf zu reparieren.,

Seit 2005 wurden mindestens acht Programme zur Untersuchung des menschlichen Mikrobioms eingerichtet, darunter das US Human Microbiome Project, die Canadian Microbiome Initiative, MetaHIT (EU und China) und das Human Metagenome Consortium in Japan.

Das Erdmikrobiom

Die Böden und Sedimente der Erde beherbergen auch mikrobielle Gemeinschaften., Die Vielfalt in diesen unterirdischen Lebensräumen ist enorm hoch, mit Schätzungen der bodenmikrobiellen Zählung von mehr als 40.000 Arten pro Gramm. Im Boden haben Forscher herausgefunden, dass Mikroben für die Unterstützung des Pflanzenlebens, die Vermittlung der Aufnahme und des Eintritts von Nährstoffen in die Nahrungskette, den Kreislauf von Kohlenstoff und Stickstoff, den Abbau von Schadstoffen und vieles mehr unerlässlich sind. Ihr Verständnis des Bodenmikrobioms bleibt jedoch teilweise aufgrund seiner Weite und Komplexität hinter dem menschlichen Mikrobiom zurück., Eine Handvoll koordinierter groß angelegter Bemühungen zur Charakterisierung des Bodenmikrobioms ist im Gange, darunter das Earth Microbiome Project, TerraGenome, das Brazilian Microbiome Project, die China Soil Microbiome Initiative, EcoFINDERS und MicroBlitz. Das letztendliche Ziel besteht darin, vorherzusagen, wie mikrobielle Gemeinschaften auf Umweltbedingungen wie Dürren reagieren werden, und diese Gemeinschaften zu verwalten, um beispielsweise die Erträge, den Nährstoffgehalt oder die Kohlenstoffspeicherkapazität von Pflanzen zu verbessern.,

Das Ozeanmikrobiom

Ozeane bedecken etwa 70 Prozent des Planeten, aber wir fangen gerade erst an, ihre mikrobiellen Bewohner zu kennen und was sie für uns und für den Planeten tun. Zusammen bilden die extrem kleinen Organismen oder „Nanoplankton“, die diese wesentlichen Dienste erbringen, das „Nanobiom“.“Diese winzigen Mikroben sind hochspezialisiert und für ihre Umgebung optimiert, wo sie größeren Lebensformen Energie und chemische Bausteine liefern. Sie produzieren auch die Hälfte des Sauerstoffs, den wir atmen, und recyceln etwa den gleichen Anteil an Kohlendioxid aus der Atmosphäre., Sie entfernen auch den größten Teil des Methans aus den Weltmeeren. Forschungskreuzfahrten wie Tara Oceans und die Global Ocean Sampling Expedition haben begonnen, das Mikrobiom des Ozeans zu proben, zu sequenzieren und zu analysieren, von den sonnenbeschienenen Oberflächengewässern, die vom Wind gemischt werden, bis zu dunklen tiefen Schichten, die relativ ungestört sind. Wissenschaftler versuchen zu verstehen, wie das ozeanische Mikrobiom unter solch einer Reihe von Bedingungen sein Gleichgewicht beibehält.

Das atmosphärische Mikrobiom

Sogar die Atmosphäre hat ein Mikrobiom, obwohl es schwierig ist, zu proben und zu studieren., Klar ist, dass Mikroben in der Atmosphäre überall sind, von Ort zu Ort variieren und wochenlang suspendiert bleiben können. Die Atmosphäre transportiert diese Mikroben, entweder frei oder an Partikeln wie Staub gebunden, rund um den Globus, ein Phänomen, das sich auf die Landwirtschaft, Infektionskrankheiten, die menschliche Gesundheit, Wolken, Niederschlag und die Wasserversorgung auswirken kann.

Was ist die Verbindung zwischen microbiomes, Gesundheit und Krankheit?,

Wenn Forscher anfangen zu verstehen, was ein gesundes Mikrobiom ausmacht, lernen sie auch, wie Ungleichgewichte in mikrobiellen Gemeinschaften Krankheiten verursachen können—und wie sie das Gleichgewicht als Behandlungsmittel wiederherstellen können. Es gibt starke Assoziationen zwischen dem menschlichen Darmmikrobiom und Zuständen wie Fettleibigkeit, Typ-2-Diabetes, Zirrhose, rheumatoider Arthritis und entzündlichen Darmerkrankungen. Forscher haben das „normale“ menschliche Darmmikrobiom bereits mithilfe von Fäkaltransplantationen wiederhergestellt, um wiederkehrende Infektionen mit dem Bakterium Clostridium difficile zu heilen., Es gibt noch andere Assoziationen zwischen dem Darmmikrobiom und Störungen wie Angstzuständen, Depressionen und Autismus, die Forscher noch untersuchen. Ein Hauptziel der Mikrobiomforschung ist es, die Mikrobiomforschung von der Korrelation zur Ursachenforschung zu bewegen und die Mechanismen zu entdecken, durch die Mikroben Gesundheit und Krankheit beeinflussen.

Was ist die Verbindung zwischen microbiomes und Raum?

Sogar Wissenschaftler, die ins All schauen, interessieren sich für Mikrobiome. Das macht Sinn, wenn man bedenkt, wie grundlegend Mikroben für das Leben auf der Erde sind. Sollten wir versuchen, einen anderen Planeten zu kolonisieren, könnte es uns ermöglichen zu verstehen, wie Mikroben dazu beitragen, die Erde bewohnbar zu machen, mehr erdähnliche Bedingungen auf anderen Planeten zu schaffen-Bedingungen, die notwendig sind, um das menschliche Leben zu erhalten. Die Forscher untersuchen auch, ob Mikroorganismen uns helfen könnten, essentielle Mineralien aus Marsfelsen zu ernten oder Materialien zu synthetisieren, um Geräte an abgelegenen Orten zu bauen oder zu ersetzen., Und die NASA hat ein Programm, um das Mikrobiom eines Astronauten zu untersuchen, um die Auswirkungen der Raumfahrt auf die menschliche Gesundheit zu messen. Schließlich untersuchen Wissenschaftler, die nach bewohnbaren Planeten und außerirdischem Leben suchen, Mikroben, um ihre Suche zu leiten. Die mikrobiellen Gemeinschaften in den extremsten Umgebungen der Erde helfen ihnen, die Bedingungen zu verstehen, die notwendig sind, um das Leben zu unterstützen, und welche Arten von Biosignaturen auf anderen Planeten zu suchen sind.