Ученые предлагают функциональный подход к созданию устойчивых микробных сообществ для биотехнологий
Устойчивость (resilience) — важная концепция, но единого определения для нее нет. Одна научная организация выделила 47 определений, используемых в инженерии, экологии, социологии, экономике и психологии. Понимание устойчивости микробных сообществ критически важно для их применения в биотехнологиях или прогнозирования реакции на изменения окружающей среды.
Специалисты по вычислительной биологии и микробиологии из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) предложили новое определение, объединяющее подходы экологов и инженеров. Их работа опубликована в Frontiers in Microbiology.
Новое определение устойчивости
"Мы считаем, что устойчивость микробных сообществ лучше всего определять как скорость восстановления конкретной функции, представляющей интерес для исследователя", — заявил микробиолог PNNL доктор Стивен Линдеманн.
Фокус на фундаментальных характеристиках системы в ответ на изменение среды позволяет:
- Сравнивать устойчивость функции между разными сообществами.
- Глубоко понимать свойства сообщества.
Ученые утверждают, что устойчивость исходит изнутри микробного сообщества, независимо от окружающей среды.
Почему это важно?
- Превышают суммарную массу всех растений и животных на планете.
- Контролируют глобальные циклы углерода и энергии.
- Влияют на здоровье и физиологию человека.
- Изучаются как потенциальный источник возобновляемой энергии.
Понимание процессов, управляющих реакцией сообществ на изменения среды, критически важно для:
- Экологов, прогнозирующих последствия изменения климата или извержений вулканов.
- Инженеров, разрабатывающих стабильные биотехнологические процессы.
"Для проектирования лучшей системы мы должны разработать рациональные методы для количественной оценки устойчивости микробных сообществ и возможности предсказывать приближение переломных моментов (tipping points)", — отметил Линдеманн.
Общий подход
Ученые сравнили предыдущие исследования устойчивости с инженерной и экологической точек зрения. Они обнаружили, что изменения в среде могут влиять на состав или размер сообщества, но критические функции при этом сохраняются. Понимание реакции этих функций на изменения среды — центральный вопрос для обеих дисциплин.
Планы на будущее
Специалисты PNNL планируют выявить фундаментальные механизмы, ответственные за устойчивость как простых, так и сложных микробных сообществ. Это понимание значительно продвинет возможности по проектированию, прогнозированию поведения и контролю микробных сообществ — как в естественных экосистемах, так и в биоинженерных системах.