Wat is een microbiome?
een microbioom is de gemeenschap van micro—organismen—zoals bacteriën, archaea, schimmels en virussen-die een ecosysteem of organisme bewonen., Micro-organismen domineren al het andere leven overal waar wetenschappers hebben gekeken, met inbegrip van het menselijk lichaam, de aarde bodems en sedimenten, de oceanen en verse waterwegen, de atmosfeer en zelfs extreme omgevingen zoals hydrothermale openingen en subglaciale meren. De wetenschappers gebruiken ook de term microbiome om naar al deze genen te verwijzen verbonden aan die levensvormen.
microbiomen hebben verschillende dingen gemeen. Hun bewoners zijn talrijk en divers, variërend van plaats tot plaats en zelfs van persoon tot persoon. Ze zijn ook dynamisch en veranderen in reactie op factoren zoals dieet of klimaat., Ten slotte zijn ze verbonden met hun gastheer, betrokken in een geven-en-nemen relatie die vaak gunstig is, zelfs essentieel, voor zowel de gastheer en hun bewoners micro-organismen.
onderzoekers zijn nog maar net begonnen met het systematisch bestuderen van microbiomen. Zij proberen te begrijpen wat een gezond microbiome maakt, met inbegrip van welke microben aanwezig zijn en wat die microben doen, evenals hoe microbiomes in tijd veranderen, hoe dergelijke gemeenschappen in evenwicht blijven en hoe veranderingen aan microbiomes menselijke of milieugezondheid beà nvloeden., Het Microbiome onderzoek is zelfs belangrijk voor ruimteverkenning en planetaire wetenschap. Het begrijpen van micro-organismen hier op aarde, vooral die welke in extreme omgevingen leven, kan ons helpen om het potentieel voor alternatieve levensvormen te begrijpen en om naar leven op andere planeten te zoeken. Ze kunnen ons ook helpen andere planeten te koloniseren door ons te helpen om Aarde-achtige, mensvriendelijke omgevingen te creëren ver, ver weg.
waar bestaan microbiomen?,
het humane microbioom
er zijn zowel enorme overeenkomsten als verschillen tussen de bacteriesoorten die domineren op verschillende plaatsen op het menselijk lichaam. Kleuren vertegenwoordigen verschillende phyla en families van bacteriën. (Credit: Darryl Leja, NHGRI)
het menselijke microbioom is de verzameling van biljoenen microben die in en op het menselijk lichaam leven. Het bestaat uit ongeveer duizend verschillende bacteriële species die in de mond, darm en vagina, en op de huid verblijven., Deze microben, en de genen die ze uitdrukken, maken ons een “superorganisme” samengesteld uit menselijke en microbiële cellen. (Men schat dat microbiome van één persoon zo veel als 8.000.000 genen naast 20.000 tot 25.000 kan omvatten die ons genoom wordt geschat om te bevatten.) Microbiome varieert zeer tussen verschillende lichaamsplaatsen. Inderdaad zijn de verschillen tussen de darm en de orale microben van een persoon vergeleken met de verschillen tussen de microben die in de bodem en de oceanen worden gevonden.
we beginnen microben op te pikken wanneer we geboren worden., Dat proces gaat de komende drie jaar door tot we een volwassen microbioom hebben ontwikkeld. De resultaten zijn niet willekeurig: menselijke microbiome is samengesteld uit specifieke soorten micro-organismen die elkaar en hun gastheer aanvullen, die functies vervullen die voor het leven essentieel zijn. Bijvoorbeeld, sommige darmbacteriën synthetiseren vitaminen en neurochemicaliën; anderen helpen de spijsvertering en versterken het immuunsysteem; sommigen kunnen zelfs begeleiden hoe de hersenen zich ontwikkelen. Hoewel ieders microbiome gelijkaardig is, varieert het van het ene individu aan het volgende., De wetenschappers proberen nog te verklaren hoe deze microbiële diversiteit tot stand komt, maar het wordt waarschijnlijk beà nvloed door factoren met inbegrip van dieet, milieu, gastheergenetica en blootstelling aan microben vroeg in het leven.
onderzoekers blijven de identiteiten en activiteiten van onze microbiële passagiers en de verbanden tussen het menselijke microbioom, gezondheid en ziekte bestuderen. Hun uiteindelijke doel is om te begrijpen wat een gezond menselijk microbieel ecosysteem is en vervolgens manieren te ontwikkelen om het gezond te houden en te herstellen wanneer dat nodig is.,
sinds 2005 zijn ten minste acht programma ‘ s opgezet om het menselijke microbiome te bestuderen, waaronder het Amerikaanse Human Microbiome Project, Het Canadian Microbiome Initiative, METAHIT (EU en China) en het Human Metagenome Consortium in Japan.
the Earth Microbiome
schattingen van de microbiële telling in de bodem overschrijden 40.000 soorten per gram.
de bodems en sedimenten van de aarde zijn ook gastheer van microbiële gemeenschappen., De diversiteit in deze ondergrondse habitats is enorm hoog, met schattingen van de bodem microbiële volkstelling meer dan 40.000 soorten per gram. In de bodem hebben onderzoekers ontdekt dat microben essentieel zijn voor het ondersteunen van het plantenleven, het bemiddelen van opname en binnenkomst van voedingsstoffen in de voedselketen, het cirkelen van koolstof en stikstof, het afbreken van verontreinigende stoffen en nog veel meer. Nochtans, blijft hun begrip van bodem microbiome achter menselijke microbiome, gedeeltelijk wegens zijn uitgestrektheid en complexiteit., Een handvol grootschalige gecoördineerde inspanningen zijn aan de gang om de bodem microbiome te karakteriseren, waaronder het Earth Microbiome Project, TerraGenome, het Braziliaanse Microbiome Project, Het China Soil Microbiome Initiative, EcoFINDERS en MicroBlitz. Het uiteindelijke doel is om te voorspellen hoe microbiële gemeenschappen zullen reageren op omgevingsomstandigheden zoals droogte en om deze gemeenschappen te beheren om bijvoorbeeld de opbrengsten, het nutritionele gehalte of de koolstofopslagcapaciteit van planten te verbeteren.,
het Oceaanmicrobioom
oceanen beslaan ongeveer 70 procent van de planeet, maar we zijn nog maar net begonnen om hun microbiële bewoners te kennen en wat ze voor ons en voor de planeet doen. Samen vormen de uiterst kleine organismen, of” nanoplankton “die deze essentiële diensten uitvoeren het” nanobiome.”Deze kleine microben zijn zeer gespecialiseerd en geoptimaliseerd voor hun omgeving, waar ze energie en chemische bouwstenen leveren aan Grotere levensvormen. Ze produceren ook de helft van de zuurstof die we inademen, en recyclen ongeveer hetzelfde aandeel kooldioxide uit de atmosfeer., Ze verwijderen ook het grootste deel van het methaan uit de oceanen. Onderzoek cruises zoals Tara Oceans en de Global Ocean Sampling Expedition zijn begonnen met het bemonsteren, sequencen en analyseren van het oceaanmicrobioom, van het zonovergoten oppervlaktewater dat door de wind wordt gemengd tot donkere diepe lagen die relatief onverstoord zijn. De wetenschappers proberen te begrijpen hoe het oceaanmicrobiome zijn evenwicht onder zulk een waaier van voorwaarden handhaaft.
het atmosferische microbioom
zelfs de atmosfeer heeft een microbioom, hoewel het moeilijk is om te bemonsteren en te bestuderen., Het is duidelijk dat microben in de atmosfeer overal zijn, van plaats tot plaats variëren en wekenlang kunnen blijven hangen. De atmosfeer transporteert deze microben, vrij of gebonden aan deeltjes zoals stof, over de hele wereld, een fenomeen dat invloed kan hebben op landbouw, infectieziekten, menselijke gezondheid, wolken, neerslag en de watervoorziening.
Wat is het verband tussen microbiomen, gezondheid en ziekte?,
naarmate de onderzoekers beginnen te begrijpen wat een gezond microbioom vormt, leren ze ook hoe onevenwichtigheden in microbiële gemeenschappen ziekte kunnen veroorzaken—en hoe ze het evenwicht als behandelingsmiddel kunnen herstellen. Er zijn sterke associaties tussen de menselijke darm microbiome en voorwaarden met inbegrip van obesitas, type-2 diabetes, cirrose, reumatoïde artritis en inflammatoire darmziekte. De onderzoekers hebben reeds het “normale” menselijke darmmicrobioom hersteld gebruikend fecale transplantaties om terugkerende besmettingen met de bacterie Clostridium difficile te genezen., Er zijn nog andere verenigingen tussen darm microbiome en wanorde met inbegrip van bezorgdheid, depressie en autisme die de onderzoekers nog onderzoeken. Een belangrijk doel van microbiome onderzoek is om microbiome onderzoek van correlatie aan veroorzaking te bewegen en om de mechanismen te ontdekken waardoor microben gezondheid en ziekte beà nvloeden.
Wat is het verband tussen microbiomen en ruimte?
Een catalogus met reflectiesignaturen van aardse levensvormen die kunnen worden gevonden op planeetoppervlakken door de hele kosmos. (Credit: Hegde S., et al, PNAS, 2015)
zelfs wetenschappers die naar de ruimte kijken, zijn geïnteresseerd in microbiomen. Dat is logisch als je bedenkt hoe fundamenteel microben zijn voor het leven op aarde. Moeten we een andere planeet koloniseren, begrijpen hoe microben helpen om de aarde bewoonbaar te maken, zou ons in staat stellen om meer Aarde-achtige omstandigheden op andere planeten te creëren—omstandigheden die nodig zijn om menselijk leven te ondersteunen. Onderzoekers onderzoeken ook of micro-organismen ons kunnen helpen essentiële mineralen te oogsten uit Martiaanse rotsen of materialen te synthetiseren om apparatuur te bouwen of te vervangen op afgelegen plaatsen., NASA heeft een programma om het microbioom van een astronaut te bestuderen om de impact van ruimtereizen op de menselijke gezondheid te meten. Tenslotte bestuderen wetenschappers op zoek naar bewoonbare planeten en buitenaards leven microben om hun zoektocht te begeleiden. De microbiële gemeenschappen in de meest extreme omgevingen van de aarde helpen hen de voorwaarden te begrijpen die nodig zijn om leven te ondersteunen en welke soorten biosignaturen te zoeken op andere planeten.