Tempat Bakteri Hidup Dan Di Dalam Tubuh Anda – Tubuh manusia adalah satu ekosistem besar, dan penelitian seputar berbagai bioma pada tubuh sedang berkembang, berpotensi membuka banyak rahasia tentang kesehatan manusia.

Tempat Bakteri Hidup Dan Di Dalam Tubuh Anda

hospitalmicrobiome  – Tubuh manusia dipenuhi dengan mikroba. Kedengarannya menjijikkan, tetapi banyak dari makhluk kecil ini bermanfaat bagi kesehatan Anda. Faktanya, ada lebih banyak mikroorganisme di dalam dan di dalam tubuh manusia daripada jumlah sel tubuh yang sebenarnya. Bakteri adalah mikroba yang paling melimpah, tetapi Anda juga menjadi tuan rumah bagi virus, jamur, dan archaea (sejenis organisme bersel tunggal).

Baca Juga : Studi Menjelaskan Bagaimana Bakteri Mengembangkan Resistensi Terhadap Antibiotik

Dengan menggunakan teknologi pengurutan DNA, para peneliti telah menemukan banyak sekali komunitas mikroba di seluruh tubuh, dan juga di dalamnya. Jadi, jika Anda mengira Anda adalah pilar kemandulan, pikirkan lagi. Usus merupakan rumah bagi sebagian besar organisme dalam tubuh, tetapi kulit, mulut, paru-paru, dan alat kelamin juga merupakan rumah bagi beragam populasi. Dan studi lebih lanjut dari bioma tubuh akan memberikan jawaban tentang bagaimana bakteri ini meningkatkan kesehatan dan penyakit.

Apa itu mikrobioma?

Ada bakteri di seluruh tubuh Anda. Bersama dengan materi genetiknya, mereka membentuk ekosistem yang disebut mikrobioma atau mikrobiota. Istilah-istilah ini sering digunakan secara bergantian. “Mikrobioma” menggambarkan bakteri dan materi genetiknya, sedangkan “mikrobiota” hanya mengacu pada mikroba. Mikrobioma terbesar dan paling terkenal terletak di usus besar Anda, tempat triliunan mikroorganisme hidup bersimbiosis dengan Anda. Mereka memecah serat makanan, menjaga lingkungan usus tetap sehat, dan menghasilkan nutrisi penting seperti butirat .

1. Mikroba di mulut Anda

Mulut Anda menyimpan banyak mikroba, beberapa baik, tetapi yang lain bisa menjelaskan hal-hal seperti kerusakan gigi. Sejak penemuan mereka pada tahun 1929 oleh ahli zoologi Charles Atwood Kofoid, para ilmuwan telah menyelidiki bagaimana beberapa bakteri mulut dapat menyebabkan peradangan dan penyakit.

Mulut adalah lingkungan yang sempurna bagi mikroba untuk berkembang hangat, lembab, dan sumber nutrisi yang baik. Plus, itu seperti taman bermain mikroorganisme dengan banyak struktur untuk mereka tempel, seperti lidah, kantong di antara gusi dan gigi, dan tentu saja, gigi itu sendiri.

Bakteri utama penyebab kerusakan gigi adalah Streptococcus mutans , sedangkan Porphyromonas gingivalis menyebabkan penyakit gusi. Cara terbaik untuk menjaga kesehatan mulut Anda adalah dengan menerapkan kebersihan gigi yang baik.

Terkadang, bakteri mulut dapat menyebar ke tempat lain di tubuh, seperti usus atau paru-paru. Secara khusus, P. gingivalis dikaitkan dengan sejumlah kondisi kesehatan yang serius ketika ditemukan di usus. Berikut adalah beberapa penyakit yang berhubungan dengan penyakit gusi dan dysbiosis usus .

2. Bakteri pada kulit Anda

Kulit Anda adalah rumah bagi mikroba penting yang melindungi Anda dari penjajah dan mendukung sistem kekebalan tubuh. Beberapa penghuni di kulit menghasilkan molekul untuk menghentikan mikroba berbahaya lainnya dari menjajah kulit, menjadikannya penghalang fisik.

Menariknya, ada beberapa penelitian yang menunjukkan bahwa strain Staphylococcus epidermis dapat membantu melindungi dari kanker kulit. Juga telah ditunjukkan bahwa bakteri yang terkait dengan kulit yang sehat dapat menghasilkan senyawa antimikroba untuk mencegah pertumbuhan spesies lain, tetapi bakteri yang terkait dengan jerawat tidak.

3. Mikrobioma paru-paru

Pernah dianggap sebagai lingkungan yang steril, baru-baru ini terungkap bahwa paru-paru Anda memiliki mikrobioma kecil sendiri. Para peneliti juga menemukan bahwa orang dengan penyakit pernapasan, seperti COPD dan cystic fibrosis, memiliki lebih sedikit keragaman mikroba di paru-paru mereka daripada orang sehat.

Namun, mikrobioma paru-paru jauh lebih kecil daripada mikrobioma usus Anda karena paru-paru tidak memiliki jenis lapisan yang sama untuk dipatuhi bakteri. Sebaliknya, paru-paru Anda dilapisi surfaktan yang dirancang untuk memfasilitasi transfer oksigen dari udara ke darah Anda. Bakteri yang paling umum ditemukan di paru-paru adalah:

• Streptokokus
• Prevotella
• Veillonella

4. Kuman genital esensial

Tidak dapat dihindari, bagian pribadi pria dan wanita adalah rumah bagi berbagai macam mikroba yang tumbuh subur di daerah bawah yang gelap dan lembab ini. Menariknya, mengonsumsi probiotik oral tertentu telah terbukti membantu infeksi di bawah.

Bakteri pelengkap pria

Para ilmuwan telah menemukan sejumlah besar bakteri baik di dalam maupun di luar penis. Beberapa bakteri di uretra dapat membuat pria lebih rentan terhadap infeksi seperti Chlamydia, sementara yang lain mungkin memainkan peran protektif. Mungkin tidak mengherankan, penis yang tidak disunat memiliki lebih banyak bakteri daripada yang disunat.

Mikrobioma vagina

Kebanyakan wanita lebih akrab dengan pertumbuhan berlebih dari bakteri dan ragi tertentu karena gejala menjengkelkan yang ditimbulkannya. Vagina yang sehat didominasi oleh Lactobacillus, yang menurunkan pH dan membuatnya tidak ramah bagi mikroba penyebab infeksi.

Sejumlah penelitian menunjukkan bahwa probiotik dengan strain spesifik Lactobacillus, seperti L. fermentum, L. rhamnosus, dan L. gasseri dapat meringankan dan mencegah infeksi vagina, sariawan, dan vaginosis bakteri . Harap dicatat bahwa dalam kebanyakan kasus, para peserta meminum pil probiotik mereka tidak memasukkan apa pun ke dalam vagina!

5. Ekosistem mata

Mata adalah habitat ideal bagi mikroba, dan memahami peran yang mereka mainkan dalam ekosistem unik ini pada akhirnya dapat membantu mengobati penyakit mata. Mikroba telah membuat rumah di kornea dan konjungtiva (jaringan di bagian dalam kelopak mata).

Meskipun mikrobioma ini relatif kecil (hanya 4 spesies bakteri utama), ketidakseimbangan dalam ekosistem ini dapat meningkatkan risiko penyakit, seperti penyakit mata kering dan endophthalmitis. Ada sedikit penelitian tentang mikrobioma mata dan konjungtivitis bakteri (mata merah muda), tetapi para ilmuwan sedang mengerjakannya.

Sama seperti mikrobioma usus, yang sangat sensitif terhadap lingkungannya, susunan mikrobioma mata Anda tampaknya bergantung pada usia, etnis, wilayah geografis, dan apakah Anda memakai lensa kontak (mungkin karena memasukkan lensa dapat memindahkan bakteri dari kulit Anda). ke mata Anda).

6. Mikroba di telinga tengah Anda

Telinga tengah terdiri dari komunitas mikroba yang beragam yang dapat mempengaruhi perkembangan infeksi dan peradangan telinga. Pada anak-anak, infeksi telinga tengah adalah salah satu keluhan medis yang paling umum, dan Anda akan sulit menemukan seseorang yang tidak mengalami infeksi telinga. Namun, baik genetika maupun bakteri dapat meningkatkan risiko infeksi telinga tengah.

Penelitian telah menunjukkan bahwa gen yang disebut FUT2 di telinga tengah dapat berinteraksi dengan mikrobioma untuk meningkatkan risiko otitis media , infeksi inflamasi, yang paling umum pada bayi. Penelitian lain juga menunjukkan individu dengan peradangan telinga aktif memiliki komunitas bakteri yang berbeda di telinga dibandingkan dengan mereka yang tidak mengalami peradangan.

Mikrobioma ASI

ASI dikemas dengan semua hal baik yang dibutuhkan bayi, termasuk nutrisi, sel kekebalan, dan prebiotik untuk membantu pertumbuhan bakteri menguntungkan. Bahkan mengandung bakteri probiotik yang membantu menjajah usus bayi untuk mendukung sistem kekebalan yang berkembang.

Namun, berat badan ibu secara langsung dapat mempengaruhi keragaman mikrobioma ASI. Penelitian telah menunjukkan bahwa dibandingkan dengan wanita dengan berat badan normal, mikrobioma wanita gemuk berbeda dan kurang beragam. Selain itu, metode persalinan dan perubahan hormonal dapat mempengaruhi bakteri yang ada dalam ASI ibu.

7. Bakteri di kandung kemih Anda

Seperti paru-paru, kandung kemih diyakini sebagai lingkungan yang steril dan bebas bakteri, tetapi sekarang para ilmuwan tahu bahwa ini tidak benar. Sementara sedikit yang diketahui tentang mikrobioma misterius dari kantong urin tubuh, para peneliti percaya bahwa itu mungkin memainkan peran protektif dalam kesehatan manusia.

Pada wanita, penelitian menunjukkan bahwa bakteri baik dan jahat dapat berpindah antara kandung kemih dan sistem reproduksi wanita. Ini juga menunjukkan bahwa infeksi saluran kemih, yang akan dialami sebagian besar wanita setidaknya sekali seumur hidup, dapat dipengaruhi oleh komposisi dan keragaman mikrobioma kandung kemih.

Bakteri di hidungmu

Rongga hidung gelap, hangat, dan lembap sempurna untuk mikroba dan sangat sensitif terhadap Anda, inangnya. Mikrobioma hidung dibentuk oleh banyak faktor berbeda, dan seperti usus, beberapa kondisi medis memengaruhinya. Misalnya, dysbiosis dari bioma hidung terkait dengan asma, rinosinusitis kronis, influenza, dan bronkiolitis.

Anehnya, peneliti baru-baru ini meminta sekelompok sukarelawan untuk mendengus Lactobacillus (bakteri probiotik) untuk melihat apa yang akan terjadi. Mereka menemukan bahwa Lactobacillus dapat beradaptasi dengan lingkungan dan mungkin memiliki manfaat kesehatan yang masih perlu dijelaskan (jangan coba ini di rumah).

• 
• 
• 
• 
• 
• 

Studi Menjelaskan Bagaimana Bakteri Mengembangkan Resistensi Terhadap Antibiotik – Mempelajari bagaimana bakteri memasukkan DNA asing dari virus yang menyerang ke dalam proses pengaturan mereka sendiri, Thomas Wood, profesor di Artie McFerrin Department of Chemical Engineering di Texas A&M University, mengungkap rahasia salah satu sistem kekebalan paling primitif di alam.

Studi Menjelaskan Bagaimana Bakteri Mengembangkan Resistensi Terhadap Antibiotik

hospitalmicrobiome  – Temuannya, yang muncul di “Nature Communications,” sebuah publikasi multidisiplin yang didedikasikan untuk penelitian di semua bidang ilmu biologi, fisika dan kimia, menjelaskan bagaimana bakteri selama jutaan tahun mengembangkan resistensi terhadap antibiotik dengan mengkooptasi DNA virus musuh alami mereka. Pertempuran antara bakteri dan virus pemakan bakteri, Wood menjelaskan, telah berlangsung selama jutaan tahun, dengan virus mencoba mereplikasi diri dengan satu pendekatan menyerang sel bakteri dan mengintegrasikan diri ke dalam kromosom bakteri.

Baca Juga : Perangkat Lunak Deep Learning Membantu Mengidentifikasi Bakteri Pada Gambar Mikroskop

Ketika ini terjadi, bakteri membuat salinan kromosomnya, yang mencakup partikel virus. Virus kemudian dapat memilih di lain waktu untuk mereplikasi dirinya sendiri, membunuh bakteri-mirip dengan bom waktu, kata Wood. Namun, hal-hal dapat menjadi sangat salah bagi virus karena mutasi acak tetapi berlimpah yang terjadi di dalam kromosom bakteri. Setelah mengintegrasikan dirinya ke dalam kromosom bakteri, virus juga mengalami mutasi, dan beberapa mutasi ini, Wood menjelaskan, membuat virus tidak dapat mereplikasi dan membunuh bakteri.

Dengan campuran materi genetik baru yang beragam ini, kata Wood, bakteri tidak hanya mengatasi niat mematikan virus tetapi juga berkembang pada tingkat yang lebih besar daripada bakteri serupa yang belum memasukkan DNA virus. “Selama jutaan tahun, virus ini menjadi bagian normal dari bakteri,” kata Wood. “Ini membawa trik baru, gen baru, protein baru, enzim baru, hal-hal baru yang dapat dilakukannya. Bakteri belajar bagaimana melakukan sesuatu dari ini.

“Apa yang kami temukan adalah bahwa dengan DNA virus baru yang telah terperangkap selama jutaan tahun di dalam kromosom, sel telah menciptakan sistem kekebalan baru,” catat Wood. “Ia telah mengembangkan protein baru yang memungkinkannya melawan antibiotik dan hal-hal berbahaya lainnya yang mencoba mengoksidasi sel, seperti hidrogen peroksida. Sel-sel yang memiliki serangkaian trik virus baru ini tidak mati atau tidak mati dengan cepat.”

Memahami pentingnya DNA virus bagi bakteri mengharuskan tim peneliti Wood untuk menghapus semua DNA virus pada kromosom bakteri, dalam hal ini bakteri dari strain E. coli. Tim Wood, yang dipimpin oleh peneliti postdoctoral Xiaoxue Wang, menggunakan apa yang dapat digambarkan sebagai “gunting enzimatik” untuk “memotong” sembilan tambalan virus, yang secara tepat menghilangkan 166.000 nukleotida. Setelah tambalan virus berhasil dihilangkan, tim memeriksa bagaimana sel bakteri berubah. Apa yang mereka temukan adalah sensitivitas yang meningkat secara dramatis terhadap antibiotik oleh bakteri.

Sementara Wood mempelajari efek ini pada bakteri E. coli, dia mengatakan proses serupa telah terjadi dalam skala besar dan luas, mencatat bahwa DNA virus dapat ditemukan di hampir semua bakteri, dengan beberapa strain yang memiliki sebanyak 20 persen DNA virus dalam kromosom mereka.

“Untuk menempatkan ini dalam perspektif, untuk beberapa bakteri, seperlima dari kromosom mereka berasal dari musuh mereka, dan sampai penelitian kami, sebagian besar orang telah mengabaikan untuk mempelajari 20 persen dari kromosom itu,” kata Wood. “DNA virus ini diyakini diam dan tidak penting, tidak berdampak banyak pada sel.

“Studi kami adalah yang pertama menunjukkan bahwa kita perlu melihat semua bakteri dan melihat partikel virus lama mereka untuk melihat bagaimana mereka mempengaruhi kemampuan bakteri saat ini untuk menahan hal-hal seperti antibiotik. Jika kita dapat mengetahui bagaimana sel lebih resisten terhadap antibiotik karena DNA tambahan ini, kita mungkin dapat membuat antibiotik baru yang efektif.”

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Perangkat Lunak Deep Learning Membantu Mengidentifikasi Bakteri Pada Gambar Mikroskop – Omnipose, perangkat lunak deep learning, membantu memecahkan tantangan dalam mengidentifikasi bakteri yang bervariasi dan sangat kecil dalam gambar mikroskop. Ini telah melampaui tujuan awal ini untuk mengidentifikasi beberapa jenis objek kecil lainnya dalam mikrograf.

Perangkat Lunak Deep Learning Membantu Mengidentifikasi Bakteri Pada Gambar Mikroskop

hospitalmicrobiome  – Laboratorium mikrobiologi Kedokteran UW Joseph Mougous dan laboratorium fisika dan bioteknologi Universitas Washington Paul A. Wiggins menguji alat tersebut. Ini dikembangkan oleh mahasiswa pascasarjana fisika Universitas Washington Kevin J. Cutler dan timnya. Mougous mengatakan bahwa Cutler, sebagai mahasiswa fisika, “menunjukkan minat yang tidak biasa dalam membenamkan dirinya dalam lingkungan biologi sehingga dia bisa belajar langsung tentang masalah yang membutuhkan solusi di bidang ini.

Baca Juga : Mikrobioma Tersembunyi Membentengi Hewan, Tumbuhan Juga

Dia datang ke lab saya dan dengan cepat menemukan satu yang dia selesaikan dengan cara yang spektakuler.” Para ilmuwan menemukan bahwa Omnipose, yang dilatih pada database besar gambar bakteri, berkinerja baik dalam mengkarakterisasi dan mengukur banyak sekali bakteri dalam kultur mikroba campuran dan menghilangkan beberapa kesalahan yang dapat terjadi pada pendahulunya, Cellpose.

Selain itu, perangkat lunak tidak mudah tertipu oleh perubahan ekstrim dalam bentuk sel karena pengobatan antibiotik atau antagonisme oleh bahan kimia yang dihasilkan selama agresi antarbakteri. Faktanya, program tersebut menunjukkan bahwa ia bahkan dapat mendeteksi keracunan sel dalam percobaan menggunakan E. coli. Selain itu, Omnipose berhasil mengatasi masalah pengenalan karena perbedaan karakteristik optik di berbagai bakteri.

Sebagian besar bakteri berbentuk bola atau batang, tetapi beberapa memiliki bentuk dasar lainnya, seperti spiral yang berputar. Selain itu, Omnipose dapat mengidentifikasi bakteri yang lebih rumit dengan bentuk memanjang atau dengan cabang, filamen, dan pelengkap, semua ciri fisik yang dapat mempersulit alat pembelajaran mendalam untuk menentukan bakteri mana yang ada dalam gambar.

Program ini masih menghadapi beberapa keterbatasan dalam menangani objek yang tumpang tindih dalam tampilan 2D dari sampel 3D dari komunitas mikroba yang padat. Tumpang tindih objek inilah yang menghasilkan, misalnya, efek jam di dinding yang memberikan ilusi muncul dari kepala seseorang dalam sebuah foto. Dalam menganalisis sel dalam kumpulan data primordial akar dari gulma yang tumbuh cepat A. thaliana, Omnipose tetap menunjukkan beberapa keunggulan dibandingkan pendekatan sebelumnya dalam sampel 3D ini.

Ulasan lain oleh tim lab Mougous tentang kemampuan Omnipose menunjukkan bakteri di bawah ambang batas tertentu dalam ukuran bisa sulit untuk dipecahkan oleh alat tersebut. Terlepas dari kekurangan ini, para peneliti percaya bahwa Omnipose bisa menjadi solusi, kata mereka, untuk “membantu menjawab beragam pertanyaan dalam biologi sel bakteri.” Untuk melihat apakah itu juga bisa menjadi alat multifungsi di bidang biologi atau bahkan non-kehidupan lain yang bergantung pada mikroskop, para ilmuwan mencoba program pada mikrograf cacing gelang ultra-kecil C.

elegans, organisme penting dalam genetika, ilmu saraf, penelitian perkembangan dan perilaku mikroba. Seperti beberapa bakteri, makhluk ini memiliki bentuk yang memanjang. Seperti banyak cacing lainnya, ia juga dapat memutarbalikkan dirinya sendiri. Omnipose dapat memilih C. elegans terlepas dari berbagai peregangan, kontraksi, dan gerakan lainnya. Kemampuan ini bisa berguna, misalnya, dalam studi saraf penggerak C. elegans selama pelacakan selang waktu.

Dalam merancang alat seperti Omnipose, peneliti melihat skala presisi piksel tunggal untuk menentukan batas sel. Itu karena sebagian besar gambar tubuh sel bakteri hanya terdiri dari sejumlah kecil piksel. Para peneliti menjelaskan bahwa mendefinisikan batas-batas dalam sebuah gambar disebut segmentasi. Mereka mengembangkan Ominpose melalui jaringan saraf yang dalam, algoritma segmentasi presisi tinggi. Eksperimen mereka menunjukkan Omnipose memiliki akurasi segmentasi yang belum pernah ada sebelumnya.

Para ilmuwan merancang Omnipose yang dirancang untuk digunakan oleh laboratorium penelitian biasa dan membuat kode sumber, data pelatihan, dan modelnya tersedia untuk umum, bersama dengan dokumentasi tentang cara menggunakan program tersebut. “Kami mengantisipasi bahwa kinerja tinggi Omnipose di berbagai morfologi dan modalitas seluler,” tulis para peneliti dalam laporan mereka, “dapat membuka informasi dari gambar mikroskop yang sebelumnya tidak dapat diakses.” Selain Cutler, Wiggins dan Mougous, peneliti lain pada proyek pengujian Omnipose adalah Carsen Stringer, Teresa W. Lo, Luca Rappez, Nicholas Stroustrup. S. Brooke Peterson, dan Paul Wiggins. Mougous adalah penyelidik Howard Hughes Medical Institute.

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Mikrobioma Tersembunyi Membentengi Hewan, Tumbuhan Juga – Mikrobioma adalah kumpulan mikroba yang menjajah habitat, tubuh manusia atau lainnya. Karena penelitian mikrobioma perintis di Fakultas Kedokteran Universitas Washington di St. Louis, orang-orang di seluruh dunia sekarang lebih memahami tentang peran mendasar mikroba usus dalam kesehatan dan penyakit manusia.

Mikrobioma Tersembunyi Membentengi Hewan, Tumbuhan Juga

hospitalmicrobiome  – Hewan dan tumbuhan juga mengandalkan ribuan mikroba berbeda untuk membantu mereka tetap hidup. Meskipun sedikit yang diketahui tentang asosiasi ini, generasi baru ilmuwan sedang mengeksplorasi hubungan antara pasukan mikroba yang tersembunyi dan makhluk yang mereka dukung dan kuatkan. Mikroba Ekosistem Beragam (mDivE-STL) ini adalah fokus dari simposium penelitian 3 Oktober yang diselenggarakan oleh Living Earth Collaborative. Di beberapa lembaga penelitian di St. Louis, para peneliti mempelajari mikrobioma manusia dan bukan manusia. Simposium ini diselenggarakan untuk membantu menumbuhkan komunitas peneliti yang mempelajari beragam sistem mikroba sambil memanfaatkan kekuatan lokal yang hebat dalam keahlian mikrobioma manusia.

Baca Juga : Para Ilmuan Akhirnya Mengetahui Bagaimana Bakteri Dapat Bergerak

Ambil contoh, para peneliti mempelajari monyet howler hitam (Alouatta pigra) di Amerika Utara dan Tengah. Monyet-monyet besar yang karismatik ini dikenal karena membuat salah satu panggilan paling keras di hutan tropis Meksiko, Guatemala, dan Belize. Sebagai herbivora yang tinggal di pohon, monyet howler hitam terutama mengkonsumsi daun pohon dan anggur, bunga dan buah-buahan. Karena mereka kekurangan enzim yang mampu mencerna selulosa, karbohidrat yang menyusun dinding sel daun monyet black howler bergantung pada fermentasi yang dipicu oleh mikrobiota usus mereka untuk mendapatkan energi yang mereka butuhkan dari makanan ini.

Seluruh proses itu mungkin jauh lebih dinamis daripada yang disadari sebelumnya, menurut penelitian dari para ilmuwan di Universitas Washington. Bukti mulai muncul bahwa mikroba usus yang berhubungan dengan diet mengubah energi penyangga dan ketersediaan nutrisi untuk hewan seperti monyet howler hitam. Elizabeth Mallott, asisten profesor biologi di Arts & Sciences, menggunakan metabolomik untuk memeriksa bagaimana metabolisme mikroba merespons perubahan apa dan berapa banyak yang dimakan inangnya. Dia baru-baru ini melakukan penelitian dengan populasi monyet howler hitam liar yang setiap tahun mengalami tiga musim berbeda yang mempengaruhi makanan mereka: musim hujan yang didominasi buah; musim kering yang didominasi daun; dan musim kering yang didominasi buah-buahan.

“Kita dapat melihat bahwa ketika monyet makan lebih banyak nutrisi tertentu, mikroba usus memetabolisme nutrisi itu lebih banyak,” kata Mallott, penulis pertama penelitian yang diterbitkan di Molecular Ecology. “Tapi di luar itu, yang menarik adalah kita bisa melihat interaksi antara mikroba dan metabolit di musim yang berbeda, termasuk musim di mana monyet dibatasi nutrisi atau energinya oleh makanan yang tersedia di lingkungan mereka.”

Mikroba cenderung mengkompensasi selama masa paceklik, Mallott menemukan, memprioritaskan fungsi yang memberikan lebih banyak nutrisi ke inang. Tetapi sistem itu berantakan ketika ketersediaan pangan menjadi sangat terbatas. “Kemudian mikroba tampaknya berebut. Mereka hanya mencoba mencuri nutrisi satu sama lain sebanyak mungkin,” kata Mallott, yang juga melihat bagaimana variasi lingkungan berdampak pada mikrobioma usus pada manusia.

Mikroba dapat bermanfaat bagi konservasi spesies

Mempelajari mikrobioma populasi hewan yang tumbuh subur di alam liar adalah penting karena dapat memberikan calon mikroba dan konsorsium mikroba yang dapat digunakan untuk meningkatkan ketahanan terhadap penyakit, penyerapan nutrisi, dan pada akhirnya kebugaran spesies atau hewan terancam yang berada di habitat terdegradasi.

Hal ini berlaku untuk mamalia termasuk monyet howler hitam, tetapi juga reptil seperti kura-kura kotak asli Missouri termasuk yang telah dipelajari oleh Institut Kedokteran Konservasi Kebun Binatang Saint Louis di dua lokasi di daerah St. Louis sejak 2012, sebagai bagian dari Proyek Penyu Kotak St. Louis.

Dengan dukungan dari Living Earth Collaborative, para peneliti memperluas upaya itu untuk memasukkan karakterisasi mikrobioma kura-kura kotak berjari tiga dan mengeksplorasi bagaimana mereka bervariasi di dalam dan di antara populasi. Para ilmuwan dari laboratorium Fangqiong Ling, asisten profesor energi, lingkungan dan teknik kimia di McKelvey School of Engineering, berkolaborasi dalam proyek penyu ini untuk mengintegrasikan mikroorganisme ke dalam kotak peralatan konservasi satwa liar.

“Secara umum, mikrobioma satwa liar, bakteri, archaea, protista, dan virus yang ditemukan di dalam dan di tubuh merupakan aspek konservasi keanekaragaman hayati yang belum dipelajari,” kata Sharon L. Deem, direktur Institute for Conservation Medicine dan Kebun Binatang Saint Louis. Pusat Institut WildCare untuk Konservasi Chelonian.

Deem dan Mallott keduanya dijadwalkan untuk berbicara pada simposium penelitian 3 Oktober, yang diselenggarakan oleh Ling, Gautam Dantas, seorang profesor patologi dan imunologi di School of Medicine, dan Jonathan Losos, Profesor William H. Danforth Distinguished University biologi dalam Seni & Sains dan direktur Kolaborasi Bumi Hidup. Sekitar setengah dari penelitian mikrobioma yang akan dipresentasikan berkaitan dengan hewan, tumbuhan, dan lingkungan, sedangkan sisanya lebih terkait dengan kesehatan manusia.

“Anda tidak dapat benar-benar memahami mikrobioma manusia dan dinamikanya yang menarik jika Anda tidak mempertimbangkannya dalam konteks lingkungan,” kata Dantas, yang menggambarkan penelitian mikrobioma di laboratoriumnya sebagai sekitar 90% berfokus pada manusia dan 10 % di habitat lain, termasuk tanaman, tanah dan lingkungan buatan. “Bahkan jika Anda murni berfokus pada mikroba pada manusia, Anda tidak akan dapat menjelaskan dinamika penting ekosistem itu jika Anda tidak memahami interaksi mikroba di dalam dan di tubuh, dan di mana mikroba itu berasal.”

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Para Ilmuan Akhirnya Mengetahui Bagaimana Bakteri Dapat Bergerak – Bakteri mendorong dirinya sendiri dengan membungkus pelengkap seperti benang panjang menjadi bentuk pembuka botol yang bertindak sebagai baling-baling darurat. Namun, cara mereka melakukan ini mengejutkan para ilmuwan karena “baling-baling” terdiri dari satu protein.

Para Ilmuan Akhirnya Mengetahui Bagaimana Bakteri Dapat Bergerak

hospitalmicrobiome – Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh Edward H. Egelman, PhD di UVA, seorang pemimpin di bidang mikroskopi cryo-elektron berteknologi tinggi (cryo-EM), telah memecahkan masalah ini. Para peneliti menggunakan cryo-EM dan pemodelan komputer canggih untuk mengungkapkan apa yang tidak dapat dilihat oleh mikroskop cahaya tradisional.

Baca Juga : Ilmuwan Menciptakan Sel Buatan Yang Meniru Kemampuan Sel Hidup

Struktur aneh dari baling-baling ini pada tingkat atom individu. “Model telah ada selama 50 tahun tentang bagaimana filamen ini dapat membentuk bentuk lingkaran biasa, tetapi sekarang kami dapat mengetahui bagaimana filamen ini dapat terbentuk,” kata Egelman dari Departemen Biokimia dan Genetika Molekuler UVA. “Kami dapat menunjukkan model ini salah. Pemahaman baru kami dapat membuka jalan bagi teknologi berdasarkan baling-baling mini semacam itu.”

Cetak Biru untuk ‘Supercoils’ Bakteri

Berbagai bakteri memiliki satu atau lebih pelengkap, yang dikenal sebagai flagela, atau beberapa flagela. Flagela terdiri dari ribuan subunit, tetapi semua subunit ini persis sama. Orang mungkin berpikir bahwa ekor seperti itu akan lurus atau, paling banter, sedikit fleksibel, tetapi itu menghambat pergerakan bakteri, karena tidak ada daya dorong yang dihasilkan dalam bentuk seperti itu. Untuk mendorong bakteri ke depan, Anda memerlukan baling-baling yang berputar seperti sekrup. Para ilmuwan menyebut formasi morfologi ini sebagai “supercoil”, dan lebih dari 50 tahun kemudian, kita sekarang memahami bagaimana bakteri melakukannya. Menggunakan cryo-EM, Egelman dan timnya menemukan bahwa protein yang membentuk flagela dapat ada di 11 keadaan berbeda. Perpaduan yang tepat dari kondisi ini yang membangkitkan bentuk pembuka botol.

Baling-baling bakteri diketahui berbeda secara signifikan dari baling-baling serupa yang digunakan oleh organisme bersel tunggal yang disebut archaea. Archaea ditemukan di beberapa lingkungan paling ekstrem di Bumi, termasuk kolam asam yang hampir mendidih, dasar laut, dan reservoir minyak bawah tanah yang dalam. Egelman dan rekan menggunakan cryo-EM untuk mempelajari flagela archaea Saccharolobus islandicus dan menemukan bahwa protein yang membentuk flagela ini ada di 10 negara berbeda. Meskipun detailnya sangat berbeda dari apa yang peneliti lihat pada bakteri, hasilnya sama dengan filamen yang membentuk pembuka botol biasa. Mereka menyimpulkan bahwa ini adalah contoh “evolusi konvergen” dan bahwa alam mencapai solusi serupa dengan cara yang sangat berbeda. Ini menunjukkan bahwa sementara bakteri dan archaea baling-baling serupa dalam morfologi dan fungsi, organisme mengembangkan sifat-sifat ini secara independen.

“Seperti burung, kelelawar, dan lebah, mereka semua memiliki sayap yang telah berevolusi secara independen untuk terbang. Bakteri dan archaea berevolusi menuju solusi umum untuk berenang di keduanya,” kata Egerman. yang pekerjaan pencitraan sebelumnya melihatnya dilantik ke Akademi Nasional. Sains adalah salah satu penghargaan tertinggi yang dapat diterima seorang ilmuwan. “Struktur biologis ini muncul di Bumi miliaran tahun yang lalu, jadi 50 tahun yang dibutuhkan untuk memahaminya sepertinya tidak lama.”

Temuan Dipublikasikan

Para peneliti mempublikasikan hasil mereka dalam jurnal ilmiah Cell. Tim tersebut termasuk Mark A.B. Kreutzberger, Ravi R. Sonani, Junfeng Liu, Sharanya Chatterjee, Fengbin Wang, Amanda L. Sebastian, Priyanka Biswas, Sheryl Ewing, Weili Chen, Frederick Pori, Gad Frankel, B. Luisi, Chris Calladine, Mart Krupovic , Birgit E. Scharf, dan Egelman.

Pekerjaan ini didukung oleh hibah National Institutes of Health GM122150 dan T32 GM080186. Program Unit Kerja Angkatan Laut AS 6000.RAD1.DA3.A0308; melalui Robert R. Wagner Fellowship. Makalah para peneliti tidak mewakili kebijakan atau posisi resmi Departemen Angkatan Laut, Departemen Pertahanan, atau Pemerintah Amerika Serikat.

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Ilmuwan Menciptakan Sel Buatan Yang Meniru Kemampuan Sel Hidup – Para peneliti telah mengembangkan struktur mirip sel buatan menggunakan materi anorganik yang secara mandiri menelan, memproses, dan mengeluarkan materi yang menciptakan kembali fungsi penting sel hidup. Artikel mereka, yang diterbitkan di Nature, menyediakan cetak biru untuk menciptakan “peniru sel,” dengan aplikasi potensial mulai dari pengiriman obat hingga ilmu lingkungan.

Ilmuwan Menciptakan Sel Buatan Yang Meniru Kemampuan Sel Hidup

hospitalmicrobiome  – Fungsi dasar sel hidup adalah kemampuannya untuk memanen energi dari lingkungan untuk memompa molekul masuk dan keluar dari sistem mereka. Ketika energi digunakan untuk memindahkan molekul-molekul ini dari daerah konsentrasi rendah ke daerah konsentrasi tinggi, proses ini disebut transpor aktif. Transpor aktif memungkinkan sel untuk mengambil molekul yang diperlukan seperti glukosa atau asam amino, menyimpan energi, dan mengekstrak limbah. Selama beberapa dekade, para peneliti telah bekerja untuk membuat sel buatan yang direkayasa struktur mikroskopis yang meniru fitur dan perilaku sel biologis. Tetapi tiruan sel ini cenderung tidak memiliki kemampuan untuk melakukan proses seluler yang kompleks seperti transpor aktif.

Baca Juga : Banyaknya Sel Mikroorganisme Tubuh Yang Perlu Kalian Ketahui

Dalam studi Nature, para peneliti di New York University dan University of Chicago menggambarkan tiruan sel baru yang sepenuhnya sintetis yang selangkah lebih dekat untuk mereplikasi fungsi sel hidup. Ketika ditempatkan dalam campuran partikel yang berbeda, sel meniru dapat melakukan tugas transpor aktif dengan menangkap, berkonsentrasi, menyimpan, dan mengirimkan kargo mikroskopis secara mandiri. Sel buatan ini dibuat menggunakan bahan minimal dan tidak meminjam bahan dari biologi. Untuk merancang sel meniru, para peneliti menciptakan membran bola ukuran sel darah merah menggunakan polimer, stand-in untuk membran seluler yang mengontrol apa yang masuk dan keluar dari sel. Mereka menembus lubang mikroskopis ke dalam membran bola menciptakan saluran nano di mana materi dapat dipertukarkan, meniru saluran protein sel.

Tetapi untuk melakukan tugas-tugas yang diperlukan untuk transpor aktif, tiruan sel membutuhkan mekanisme untuk memberi daya pada struktur mirip sel untuk menarik dan mengeluarkan materi. Dalam sel hidup, mitokondria dan ATP menyediakan energi yang diperlukan untuk transpor aktif. Dalam meniru sel, para peneliti menambahkan komponen kimia reaktif di dalam saluran nano yang, ketika diaktifkan oleh cahaya, bertindak sebagai pompa. Ketika cahaya mengenai pompa, itu memicu reaksi kimia, mengubah pompa menjadi ruang hampa kecil dan menarik muatan ke dalam membran. Saat pompa dimatikan, muatan terperangkap dan diproses di dalam sel meniru. Dan ketika reaksi kimia dibalik, kargo didorong keluar sesuai permintaan.

“Konsep desain kami memungkinkan klon sel buatan ini beroperasi secara independen dan melakukan tugas transpor aktif yang sebelumnya terbatas pada bidang sel hidup,” kata profesor kimia dan peneliti NYU. Penulis utama Stefano Sacanna mengatakan: “Inti dari desain struktur mirip sel adalah hubungan antara elemen aktif yang memindahkannya dari dalam dan batasan fisik yang dipaksakan oleh dinding sel yang memungkinkan mereka menelan, memproses, dan mengeluarkan zat asing. “Inti dari desain struktur mirip sel adalah sinergi antara elemen aktif yang menggerakkannya dari dalam dan batasan fisik yang dipaksakan oleh dinding sel, memungkinkan mereka untuk menelan, memproses, dan mengeluarkan benda asing.”

Para peneliti menguji klon sel di lingkungan yang berbeda. Dalam satu percobaan, sel mimetik disuspensikan dalam air, diaktifkan oleh cahaya, dan diamati saat mereka mengambil partikel dan polutan dari air di sekitarnya. “Pikirkan sel yang meniru video game Pac-Man. Sel memakan polutan dan menghilangkannya dari lingkungan,” kata Sacanna. Eksperimen lain menunjukkan bahwa sel mimetik dapat menelan E. coli dan menjebaknya dalam membran, berpotensi menawarkan cara baru untuk melawan bakteri dalam tubuh. Aplikasi lain dari mimetik sel di masa depan dapat berupa penghantaran obat, karena zat yang telah diisi sebelumnya dapat dilepaskan saat aktivasi.

Para peneliti terus mengembangkan dan mempelajari sel meniru, termasuk membangun yang melakukan tugas yang berbeda dan mempelajari bagaimana berbagai jenis berkomunikasi satu sama lain. Selain Sacanna, penulis penelitian termasuk Zhe Xu dan Theodore Hueckel dari Departemen Kimia NYU dan William T.M. Irvine dari Universitas Chicago. Penelitian ini didukung oleh US Army Research Office.

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Banyaknya Sel Mikroorganisme Tubuh Yang Perlu Kalian Ketahui – Jika Anda pernah membaca sesuatu tentang koloni bakteri yang hidup di dalam dan di dalam tubuh Anda, Anda pasti akan menemukan ‘fakta’ kecil yang rapi bahwa jumlah sel mikroba melebihi jumlah sel manusia dalam tubuh Anda dengan perbandingan sekitar 10:1.

Banyaknya Sel Mikroorganisme Tubuh Yang Perlu Kalian Ketahui

hospitalmicrobiome  – Anda akan menemukannya di makalah ilmiah, artikel majalah, pembicaraan TED, dan buku-buku sains populer, dan meskipun ia berhasil dengan baik dalam menggambarkan betapa pentingnya bakteri bagi keberadaan manusia, itu sebenarnya tidak benar. Pada tahun 2016, tinjauan lebih dari empat dekade penelitian tentang mikrobioma manusia menemukan bahwa tidak ada bukti ilmiah untuk mendukung fakta yang sering dikutip ini. Sebaliknya, rasionya terlihat sekitar 1,3 banding 1, dengan rata-rata manusia menjadi tuan rumah bagi sekitar 100 triliun mikroba, memberi atau menerima. Tetapi bahkan itu bukan keseluruhan cerita.

Baca Juga : Apa yang Harus Diketahui Tentang Patogen

Untuk mengetahui jumlah sebenarnya, tim ahli biologi yang dipimpin oleh Ron Milo dari Weizmann Institute of Science berangkat untuk meninjau semua literatur yang tersedia tentang populasi mikroba yang hidup di dalam diri kita. Mereka menemukan bahwa untuk seorang pria berusia antara 20 dan 30 tahun, dengan berat sekitar 70 kg (154 pon) dan tinggi 170 cm (sekitar 5’7) mereka menyebutnya ‘pria referensi’ akan ada sekitar 39 triliun sel bakteri hidup di antara 30 triliun sel manusia.

Ini memberi kita rasio sekitar 1,3:1 hampir sama dengan bagian manusia dan mikroba. Jadi dari mana datangnya rasio 10:1, dan mengapa Milo dan tim harus begitu spesifik tentang ‘pria referensi’, daripada hanya membuat rasio untuk manusia biasa biasa? Asal usul rasio 10:1 telah ditelusuri ke sebuah makalah yang diterbitkan pada tahun 1970 oleh ahli mikrobiologi Amerika Thomas D. Luckey, yang memperkirakan bahwa ada 100 miliar mikroba dalam satu gram cairan usus atau kotoran manusia.

Karena ada sekitar 1.000 gram bahan ini pada rata-rata orang dewasa, katanya, sama dengan total 100 triliun mikroba. (Ingatlah, bahwa setiap angka ini tidak memiliki bukti ilmiah apa pun, seperti yang dicatat Ed Yong di The Atlantic.) Tujuh tahun kemudian, ahli mikrobiologi terkenal Dwayne Savage mengambil perkiraan yang tidak jelas ini, menggabungkannya dengan fakta bahwa ada sekitar 10 triliun sel manusia pada rata-rata manusia, dan menghasilkan rasio 10:1. Semua orang, dari sesama ilmuwan hingga masyarakat umum, mengambil fakta itu dan menjalankannya, dan baru pada tahun 2014 seseorang berusaha untuk memeriksa faktanya.

Judah L. Rosner, seorang ahli biologi molekuler dan ahli genetika dari National Institutes of Health, menulis surat kepada Majalah Microbe bersikeras bahwa perkiraan yang lebih baru untuk jumlah sel manusia tidak mendekati 10 triliun. Faktanya, menghitung jumlah sel untuk rata-rata manusia pada dasarnya tidak mungkin, seperti yang dijelaskan Ed Yong: “Perkiraan yang lebih baru, katanya, menempatkan jumlah total sel manusia di mana saja dari 15 triliun hingga 724 triliun, dan jumlah mikroba usus di mana saja antara 30 triliun dan 400 triliun. Yang memberikan rasio yang paling baik dapat dinyatakan sebagai \_(ツ)_/¯.”

Di sinilah pria referensi datang dalam mempersempit jenis kelamin, usia, berat, dan tinggi manusia hipotetis membuatnya jauh lebih mudah bagi para pengulas untuk mencari tahu berapa jumlah rata-rata sel manusia. Untuk pria referensi mereka, itu sekitar 30 triliun, para peneliti memperkirakan. Selain itu, Milo dan timnya juga menemukan bahwa jumlah sel mikroba di usus besar tempat Luckey mendapatkan sosok aslinya secara teratur telah ditaksir terlalu tinggi dalam literatur ilmiah.

“Ketika studi sebelumnya membuat perkiraan mereka, mereka menggunakan kepadatan bakteri per gram ‘kandungan basah’ usus besar, kali volume seluruh saluran pencernaan,” Lindsey Kratochwill mencatat di Popular Science. “Tapi, para peneliti ini berpendapat, kepadatan bakteri di usus besar jauh lebih tinggi daripada bagian saluran lainnya, jadi berasumsi bahwa seluruh saluran pencernaan dipenuhi bakteri seperti usus besar akan berlebihan.”

Dengan memperhitungkan hal ini, dan fakta bahwa kita memiliki konsentrasi bakteri yang jauh lebih tinggi di usus kita daripada di organ dan bagian tubuh lainnya (yang berarti Anda tidak dapat mengambil sampel dari usus besar dan mengatakan itu mewakili seluruh tubuh ala Luckey ), tim Milo datang dengan perkiraan terbaru dan lebih akurat secara ilmiah dari 39 triliun sel mikroba, berdasarkan bukti yang tersedia.

Tetapi bahkan rasio 1,3:1, 39 triliun sel mikroba hingga 30 triliun sel bukanlah sesuatu yang harus kita kutip dalam buku teks dan makalah ilmiah kita ke depan, seperti yang dikatakan Ed Yong. “Perkiraan baru ini mungkin yang terbaik yang kami miliki saat ini, tetapi studi dan angka yang dikumpulkan Milo datang dengan bias dan ketidakpastian mereka sendiri,” katanya. “Preferensi saya adalah menghindari menyebutkan rasio apa pun yang tidak perlu untuk menyampaikan pentingnya mikrobioma.”

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Apa yang Harus Diketahui Tentang Patogen – Patogen adalah makhluk hidup yang menyebabkan penyakit. Virus dan bakteri bisa menjadi patogen, tetapi ada juga jenis patogen lainnya. Setiap makhluk hidup, bahkan bakteri itu sendiri, dapat terinfeksi patogen.

Apa yang Harus Diketahui Tentang Patogen

hospitalmicrobiome  – Dunia ini penuh dengan patogen. Para ahli memperkirakan bahwa ada lebih banyak virus di planet kita daripada jumlah bintang di seluruh alam semesta. Hanya sebagian kecil dari mikroorganisme ini yang berdampak negatif bagi kesehatan Anda. Beberapa dari mereka bahkan membantu.

Jenis Patogen

Virus dan bakteri bukanlah satu-satunya organisme yang dapat menyebabkan penyakit. Ada juga:

• Jamur Ini adalah penyebab infeksi seperti kutu air dan kurap.
• ProtozoaOrganisme bersel tunggal besar yang menyebabkan malaria dan penyakit tidur.
• ParasitKutu dan cacing pita adalah contoh infeksi parasit yang umum.

Bagaimana Patogen Bekerja?

Dua jenis utama patogen dapat menginfeksi Anda:

• Patogen fakultatifJenis patogen ini dapat berkembang biak di inang atau di tempat lain, seperti di permukaan rumah Anda.
• Patogen wajibMikroorganisme ini hanya dapat berkembang biak di dalam inang.

Semua virus termasuk dalam kategori ini karena mereka tidak dapat bereproduksi sendiri seperti bakteri atau jamur. Selain itu, beberapa patogen membutuhkan banyak inang. Misalnya, kutu rusa terinfeksi penyakit Lyme, yang kemudian dapat ditularkan kepada Anda. Beberapa patogen hanya dapat bertahan hidup dalam satu jenis inang. Patogen lain dapat menginfeksi berbagai organisme. Misalnya, harimau dan primata di kebun binatang telah tertular virus COVID-19 setelah melakukan kontak dengan pengasuh manusia mereka. Flu burung dan flu babi adalah dua virus lain yang memiliki hewan dan manusia sebagai inang. Patogen yang dapat menyebar dari hewan ke manusia disebut penyakit zoonosis.

Baca Juga : Mungkinkah Black Death Sebenarnya Merupakan Virus Seperti Ebola?

Bagaimana Patogen Membuat Anda Sakit?

Ada beberapa cara patogen dapat membuat Anda sakit. Terkadang mereka menghasilkan racun yang merusak jaringan. Di lain waktu, patogen menciptakan respons imun yang kuat yang merusak jaringan sehat bersama dengan jaringan yang terinfeksi. Patogen juga menggunakan respons imun ini untuk menyebar. Bersin, batuk, dan diare hanyalah beberapa cara patogen menemukan inang baru untuk menginfeksi.

Bagaimana Patogen Menyebar?

Patogen menyebar melalui perilaku umum manusia. Anda mungkin batuk atau bersin ke tangan Anda dan kemudian menyentuh benda atau orang lain. Anda juga dapat mentransfer patogen ke makanan dengan tangan kotor saat memasak. Patogen dari makanan mentah dapat menyebar ke makanan lain di dapur. Anda juga dapat terinfeksi patogen saat mengganti popok anak Anda atau setelah mengelus binatang.

Mencegah Infeksi Patogen

Salah satu cara untuk menghindari patogen adalah dengan sering mencuci tangan. Anda terutama harus mencuci tangan sebelum menyiapkan makanan, setelah menggunakan kamar mandi atau mengganti popok, dan setelah mengelus binatang apa pun. Jika tidak tersedia sabun dan air, Anda bisa menggunakan hand sanitizer yang setidaknya mengandung alkohol 60%. Pembersih tangan dengan jumlah kurang dari itu tidak cukup membunuh patogen.

Beberapa patogen terkait dengan aktivitas tertentu, dengan tingkat infeksi yang lebih tinggi terjadi di daerah pedesaan. Jika Anda sedang membersihkan atau menyapu rumah, gudang, atau garasi yang kosong selama beberapa waktu, misalnya, dan Anda tahu ada tikus yang bersarang di sana, Anda dapat tertular hantavirus hanya dengan bersentuhan dengan debu yang terkontaminasi feses dan urin. dari hewan pengerat.

Anda juga dapat terinfeksi setelah memasuki bangunan terbengkalai seperti lumbung atau kabin yang belum diudarakan. Para ahli merekomendasikan untuk mengudara setiap kabin yang tidak memiliki penghuni baru-baru ini setidaknya selama 30 menit sebelum Anda masuk. Infeksi patogen lainnya terjadi dari minum air yang tidak diolah. Saat berkemah, selalu bersihkan air dengan benar untuk menghindari patogen seperti giardiasis dan cryptosporidium, yang keduanya dapat menyebabkan diare parah.

Mikroorganisme yang Bermanfaat

Beberapa mikroorganisme tidak berbahaya dan bahkan membantu. Mikroorganisme hanya dianggap patogen jika menyebabkan penyakit. Virus, bakteri, jamur, protozoa, dan parasit yang tidak berbahaya disebut mikroorganisme. JamurJamur penting di alam. Mereka membantu memecah organisme mati untuk membuat nutrisi dapat diakses untuk pertumbuhan baru. Jamur yang Anda makan adalah jamur, sedangkan roti dibuat dengan ragi jamur. Salah satu jamur yang sangat membantu Penicillium notatum membantu kita membuat antibiotik penisilin.

ProtozoaBeberapa jenis protozoa berguna untuk mengolah air atau menjaga kesehatan tanah. BakteriUsus Anda mengandung bakteri bermanfaat yang membuat Anda tetap sehat dan membantu Anda mencerna makanan. Memiliki bioma usus yang sehat bahkan telah dikaitkan dengan kesehatan mental dan kesehatan jantung. Bioma usus yang seimbang juga telah dikaitkan dengan peningkatan respons imun, pencegahan kanker, dan insiden rheumatoid arthritis yang lebih rendah dalam studi awal.

VirusBahkan virus bisa berguna. Para ilmuwan sekarang menggunakan virus dalam terapi gen untuk mengobati kondisi tertentu. Mereka mengubah virus sehingga tidak lagi berbahaya, dan menambahkan informasi DNA apa pun yang berguna untuk mengobati kondisi tersebut. Mereka kemudian menggunakan kemampuan alami virus untuk menginfeksi sel Anda dan bereplikasi untuk membawa DNA bermanfaat ke dalam tubuh Anda. DNA baru ini menyebabkan sel Anda membuat protein baru, yang berpotensi membantu kondisi genetik. Perawatan ini masih eksperimental tetapi telah digunakan dalam uji coba untuk mengobati kanker, penyakit jantung, dan banyak lagi.

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Mungkinkah Black Death Sebenarnya Merupakan Virus Seperti Ebola? – Hal-hal itu tampaknya berasal dari tikus. Setelah lebih dari 500 tahun, tikus mungkin lolos karena menyebabkan Black Death, wabah mengerikan yang merenggut hingga 60% populasi Eropa.

Mungkinkah Black Death Sebenarnya Merupakan Virus Seperti Ebola?

hospitalmicrobiome  – Di hampir setiap buku teks, Wabah Bubonic, yang disebarkan oleh tikus yang ditunggangi kutu, disebut sebagai biang keladi di balik kekacauan itu. Tetapi semakin banyak bukti menunjukkan bahwa virus mirip Ebola adalah penyebab sebenarnya dari Black Death dan wabah sporadis yang terjadi dalam 300 tahun berikutnya. Di garis depan teori ini ada dua peneliti dari University of Liverpool, Dr. Christopher Duncan dan Dr. Susan Scott. Mari kita lihat enam potongan kecil teka-teki ini.

Baca Juga : Apakah Sekarang Antibiotik Tidak Lagi Efektif?

1. Berasal dari manakah penyakit Black Death itu?

Wabah Bubonic disebabkan oleh bakteri Yersinia pestis. Banyak hewan pengerat, seperti tikus, membawa kutu yang terinfeksi dan pada gilirannya menjadi sakit. Hanya setelah hewan pengerat mati, kutu melompat ke manusia untuk camilan lezat baru. Jadi, dengan jutaan orang Eropa sekarat, kematian massal tikus juga diharapkan terjadi.

Namun, “tidak ada laporan dari waktu sejumlah besar tikus mati,” kata Dr Duncan. Di kota-kota besar seperti London di mana ribuan orang meninggal karena Wabah, hanya sejumlah kecil kerangka tikus yang ditemukan, yang “mencurigakan.” Jika Wabah memang penyebab Black Death maka Eropa harus dipenuhi dengan tulang tikus tua. Virus yang menyebar melalui kontak orang ke orang tidak akan meninggalkan produk sampingan dari tulang tikus.

2. Melebihi Batas Kecepatan

Dr. Duncan dan Dr. Scott berargumen bahwa tingkat kematian yang sangat tinggi yang melanda seluruh Eropa tidak dapat ditopang oleh wabah yang ditularkan melalui kutu. Black Death menyebar sekitar 30 mil setiap dua hingga tiga hari, menurut Duncan. Namun, Wabah Bubonic bergerak jauh lebih lambat dengan kecepatan hanya 100 yard per tahun. Matematika tidak cocok; kematian Hitam menyebar rata-rata 10 mil per hari sementara Wabah bergerak di bawah satu kaki per hari. Virus menular dari orang ke orang seperti Ebola akan dapat menyebar pada tingkat yang diamati.

3. Sedang dalam Masa Inkubasi

Black Death tidak hanya menyebar dengan cepat tetapi juga di area yang luas. Awalnya dianggap telah dimulai di Asia, agen yang memuakkan itu dibawa oleh pelaut Genoa ke Italia. Dari sana ia melakukan perjalanan melintasi benua Eropa dan ke Inggris. Lucunya, masa inkubasi (waktu yang dibutuhkan dari infeksi awal hingga timbulnya gejala) untuk Wabah sangat singkat sekitar dua hingga enam hari. Karena transportasi kurang efisien pada abad ke-14, dibutuhkan waktu lebih lama untuk menempuh jarak yang jauh. Karena itu, jika Wabah itu membuat orang sakit parah hanya dalam dua sampai enam hari, wabah itu seharusnya tidak menyebar sejauh itu.

Seseorang dengan Wabah tidak mungkin melakukan perjalanan terlalu jauh sebelum mengalami gejala yang melemahkan. Orang akan mati terlalu cepat dengan Wabah untuk penyakit menyebar ke jarak yang sangat jauh. Di sisi lain, masa inkubasi Ebola berkisar antara 2-21 hari. Ini berarti bahwa seseorang yang menyimpan virus mirip Ebola kemungkinan besar dapat melakukan perjalanan lebih lama daripada orang dengan Wabah dan menyebarkan penyakit lebih jauh sebelum menyerah pada virus.

4. Gejala Serupa

Laporan dari waktu wabah merinci gejala pada pasien wabah yang sebanding dengan yang disebabkan oleh virus demam berdarah. Beberapa demam berdarah menyebabkan pembuluh darah pecah di bawah kulit, menyebabkan bekas. Dalam teks-teks medis Inggris bekas merah serupa tercatat telah terlihat pada pasien dan dikenal sebagai “token Tuhan.”

Catatan lebih lanjut yang merinci penampilan organ dalam yang cair pada korban wabah juga berkorelasi dengan gejala yang ditemukan pada pasien hemoragik virus. Penentang teori virus mirip Ebola mencatat bahwa dalam catatan medis Italia yang andal terdapat deskripsi benjolan bubo yang khas. Perbedaan dalam catatan medis bukanlah akhir dari semua teori Ebola. Faktanya, perbedaan tersebut dapat menunjukkan bahwa “token Tuhan” yang ditemukan di Inggris berbeda dari bubo di Italia. Tunggu apa? Meskipun tampaknya sulit dipercaya, beberapa sejarawan dan ilmuwan berteori bahwa dua wabah terpisah terjadi di Italia dan Inggris pada waktu yang bersamaan.

6. Tikus Juga Mati

Di Inggris dan Eropa Utara tidak ada populasi tikus asli yang dapat tertular Wabah dan hidup. Dengan logika itu, Black Death seharusnya menyebabkan kematian massal tikus di wilayah tersebut. Selama 300 tahun setelah Black Death wabah kecil lainnya terjadi di seluruh Eropa. Inilah twistnya: jika mayoritas tikus asli mati di Inggris dan Eropa Utara maka Wabah Bubonic akan mengalami kesulitan “membangun” dirinya sendiri di antara wabah. Wabah akan membutuhkan populasi tikus yang besar. Dr.Duncan berpendapat bahwa virus demam berdarah dapat menurunkan populasi manusia di antara wabah, muncul kembali ketika kondisinya tepat.

Tentu saja, selalu ada dua sisi untuk setiap argumen. Mayoritas ilmuwan dan sejarawan masih setuju dengan teori bahwa Wabah Bubonic menyebabkan Black Death. Jejak DNA Yersinia pestis dalam pulpa gigi tiga mayat dari Prancis abad ke-14 menawarkan kasus yang kuat terhadap teori virus mirip Ebola. Catatan sejarah dari waktu yang merinci gejala bubonic di buku teks juga meragukan teori virus.

Teori virus mirip Ebola memiliki implikasi penting bagi dunia modern. Dengan kebersihan modern dan antibiotik, epidemi lain dari Bubonic Plague sangat tidak mungkin. Yayasan telah didirikan untuk mencegah epidemi Wabah Bubonic lainnya. Populasi tikus dapat dipantau untuk memadamkan siklus kutu tikus manusia yang merusak sejak awal. Wabah kecil yang terjadi secara sporadis di seluruh dunia ditangani sebelum menjadi terlalu besar. Sejak Black Death, umat manusia telah memperoleh kemampuan untuk mengendalikan Wabah.

Tapi epidemi virus hemoragik akan menjadi cerita lain. Umat ​​manusia tidak akan siap jika epidemi seperti Black Death yang disebabkan oleh demam berdarah terjadi hari ini. Berbeda dengan Wabah, pilihan pengobatan dan pencegahan terbatas tersedia untuk demam berdarah. Tidak ada vaksin dan tidak ada antibiotik. Wabah demam berdarah berlangsung agak spontan dengan sedikit atau tanpa peringatan. Jika teori virus mirip Ebola benar, maka dunia mungkin rentan terhadap epidemi besar lainnya.

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Apakah Sekarang Antibiotik Tidak Lagi Efektif? – Antibiotik menghadapi krisis eksistensial kurang dari satu abad setelah diperkenalkan. Obat obatan pelawan bakteri menjadi kurang efektif sebagai akibat dari penggunaannya yang berlebihan baik pada manusia maupun hewan. Pada saat yang sama, penelitian dan pengembangan (R&D) tentang antibiotik baru telah melambat, menempatkan dunia pada risiko memasuki era berbahaya di mana infeksi rutin tidak dapat diobati.

Apakah Sekarang Antibiotik Tidak Lagi Efektif?

hospitalmicrobiome – Jumlah kematian global akibat infeksi yang resistan terhadap obat, diperkirakan setidaknya tujuh ratus ribu orang per tahun, dapat mencapai jutaan pada tahun 2050. Beberapa pemerintah dan organisasi internasional menginvestasikan miliaran dolar untuk mengatasi masalah tersebut, tetapi banyak analis mengatakan cakupannya dan kesegeraan membutuhkan tanggapan yang terkoordinasi secara global.

Apa Itu Antibiotik?

Diperkenalkan pada akhir 1920 an dengan ditemukannya penisilin, antibiotik adalah kelas obat yang digunakan untuk mengobati infeksi bakteri. Mereka termasuk dalam kelas obat yang lebih besar, antimikroba, yang mencakup obat untuk melawan mikroorganisme seperti virus, jamur, dan parasit. Antibiotik diproduksi massal selama Perang Dunia II, dan penggunaannya melonjak pada paruh kedua abad kedua puluh. Lebih dari seratus antibiotik telah dikembangkan.

Mengapa Mereka Begitu Penting?

Dokter dan profesional perawatan kesehatan mengandalkan antibiotik sebagai pengobatan utama untuk infeksi bakteri umum, termasuk radang tenggorokan, TBC, infeksi saluran kemih, dan beberapa infeksi menular seksual. Obat obatan juga penting untuk pasien yang sistem kekebalannya telah dilemahkan oleh kemoterapi atau operasi besar. “Banyak hal yang kita lakukan setiap hari di rumah sakit bergantung pada antibiotik yang bekerja secara efektif,” kata Kathy Talkington, pakar antibiotik di Pew Charitable Trusts.

Baca Juga : Keanekaragaman Mikroba Antara Pelestarian Lingkungan dan Kesehatan Manusia 

Antibiotik telah berkontribusi pada penurunan substansial dalam kematian global dari beberapa jenis infeksi. Misalnya, tingkat kematian sifilis, krisis kesehatan masyarakat utama di awal abad kedua puluh, anjlok setelah pengenalan penisilin mendekati nol pada tahun 1975. Baru baru ini, antibiotik telah mencegah lebih dari lima puluh delapan juta kematian terkait tuberkulosis sejak tahun 2000 , menurut Organisasi Kesehatan Dunia (WHO).

Bagaimana Bakteri Mengembangkan Resistensi Terhadap Antibiotik?

Seperti semua organisme, bakteri beradaptasi dan berevolusi dengan lingkungannya melalui proses seleksi alam. Bakteri yang mengembangkan pertahanan terhadap antibiotik adalah yang paling mungkin untuk bertahan hidup, bereproduksi, dan menyebar. Oleh karena itu, semakin banyak antibiotik yang digunakan, semakin banyak peluang yang dimiliki bakteri untuk meningkatkan pertahanannya, dan antibiotik menjadi kurang efektif.

Apakah Penggunaan Antibiotik Berlebihan?

Puluhan miliar dosis antibiotik dikonsumsi di seluruh dunia setiap tahun, sebagian besar, menurut para ahli kesehatan, terbuang sia sia untuk pasien dengan virus atau penyakit lain yang tidak merespons antibiotik. Di Amerika Serikat, Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit (CDC) memperkirakan bahwa setidaknya sepertiga dari semua resep antibiotik tidak diperlukan. Masalahnya mungkin lebih buruk di lusinan negara di mana antibiotik dapat dibeli tanpa resep atau di internet. Pada tahun 2015, WHO menemukan bahwa antimikroba tersedia tanpa resep  di lebih dari setengah dari 133 negara yang mengirimkan data.

Sementara itu, permintaan antibiotik menunjukkan sedikit tanda akan mereda. Konsumsi global melonjak 65 persen antara tahun 2000 dan 2015, sebagian besar didorong oleh negara negara berpenghasilan rendah dan menengah, terutama Brasil, Cina, dan India. Di beberapa negara, antibiotik terus dibagikan untuk ”segala sesuatu mulai dari sakit kepala dan kelelahan hingga melahirkan dan infeksi bakteri yang dapat dipercaya”, mantan Anggota Senior CFR Laurie Garrett.

Bagaimana Industri Pertanian Berkontribusi Terhadap Masalah Ini?

Antibiotik juga diberikan kepada hewan, terutama yang dipelihara untuk disembelih di peternakan industri. Peternakan diperkirakan menyumbang sekitar 70 persen dari total penjualan antibiotik di Amerika Serikat; proporsinya bahkan lebih tinggi di beberapa negara lain. Para ahli mendesak dokter hewan untuk menyediakan antibiotik untuk hewan yang sakit, tetapi peternak biasanya menggunakan obat untuk mencegah penyakit dan meningkatkan pertumbuhan hewan, meningkatkan keuntungan mereka.

Penggunaan berlebihan ini berkontribusi pada penyebaran bakteri resisten, yang dapat ditularkan dari hewan ke manusia melalui rantai makanan dan dengan cara yang lebih tidak langsung. Industri pertanian AS sering enggan bekerja sama dengan para ilmuwan yang meneliti bagaimana resistensi antibiotik ditularkan antar spesies. Namun, tekanan konsumen telah mendorong beberapa perusahaan besar, seperti Perdue Farms, untuk membatasi penggunaan antibiotik mereka.

Apa Risikonya?

Dokter dan penyedia layanan kesehatan telah memperingatkan dalam beberapa tahun terakhir tentang proliferasi strain bakteri, kadang kadang disebut sebagai superbug, yang resisten terhadap beberapa obat atau bahkan semua obat di pasaran. Dalam laporan 2019, CDC mengklasifikasikan empat jenis bakteri sebagai “ancaman mendesak.” Akibatnya, infeksi seperti pneumonia, gonore, dan infeksi saluran kemih menjadi jauh lebih sulit untuk diobati. Sebagai contoh, kelas antibiotik yang paling umum digunakan untuk mengobati infeksi saluran kemih sekarang dianggap tidak efektif untuk lebih dari separuh pasien di banyak bagian dunia, menurut WHO, dan bentuk bentuk tuberkulosis yang resisten terhadap antibiotik yang biasa digunakan sedang meningkat.

Pasien dengan infeksi yang resistan terhadap obat tetap dirawat di rumah sakit untuk waktu yang lebih lama; mereka juga lebih mungkin untuk mati. Di seluruh dunia, setidaknya tujuh ratus ribu orang diperkirakan meninggal setiap tahun karena penyakit yang resistan terhadap obat yang disebabkan oleh bakteri dan mikroorganisme lainnya. Di Amerika Serikat, jumlah kematian akibat infeksi resisten antibiotik diperkirakan lebih dari tiga puluh lima ribu per tahun, kira kira setara dengan kematian mobil tahunan. Beberapa analis kesehatan mengatakan bahwa, tanpa upaya penahanan, dunia berada di jalur untuk era pasca antibiotik di mana superbug dapat membunuh hingga sepuluh juta per tahun pada tahun 2050.

Resistensi terhadap antibiotik dan antimikroba lainnya juga dapat berdampak signifikan pada ekonomi global. Bank Dunia memproyeksikan bahwa resistensi antimikroba dapat menelan biaya $ 1 triliun hingga $ 3 triliun dalam output yang hilang setiap tahun pada tahun 2030, dengan negara negara miskin kemungkinan akan menanggung beban dampaknya.

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Keanekaragaman Mikroba Antara Pelestarian Lingkungan dan Kesehatan Manusia – Karya ini menyajikan data bibliografi tentang peran dan fungsi keanekaragaman mikroba.

Keanekaragaman Mikroba Antara Pelestarian Lingkungan dan Kesehatan Manusia

hospitalmicrobiome – Meningkatnya penggunaan probiotik dan makanan prebiotik telah menyebabkan studi tentang fungsi sebenarnya mereka dalam tubuh manusia.

Diketahui bahwa di lingkungan, mikroorganisme sangat penting dalam daur ulang nutrisi, keseimbangan rantai trofik, aktivitas fisiologis vital pada tumbuhan dan hewan, serta konservasi habitat alami.

Dalam makanan manusia, organisme mikroskopis ini berkontribusi dari produk penyedap hingga sintesis zat antimikroba dan vitamin yang penting bagi makhluk hidup.

Isu lingkungan dan kesehatan, bersama dengan peningkatan produksi pangan, telah menjadi topik investasi di bidang penelitian ilmiah. Produksi pangan dengan kualitas dan kuantitas untuk memenuhi jumlah penduduk dunia merupakan hal yang berkaitan dengan kesehatan masyarakat. Pertahanan keanekaragaman hayati merangsang produksi pangan yang memberikan manfaat bagi konsumen dan sekaligus bermanfaat bagi kelestarian lingkungan.

Baca Juga : Asal Usul Relung dan Spesies di Dunia Bakteri 

Konsumsi produk olahan dengan nilai gizi rendah dan kadar asam lemak trans tinggi sering terjadi pada penduduk. Di Brasil, sepuluh langkah menuju pola makan yang sehat dimasukkan dalam Rencana Nasional untuk mempromosikan nutrisi yang tepat dan berat badan yang sehat, yang bertujuan untuk meningkatkan pengetahuan masyarakat tentang kesehatan dan mendorong praktik latihan fisik. Dalam sepuluh langkah ini, dimungkinkan untuk memeriksa peningkatan kualitas hidup konsumen, sehingga memfasilitasi dan meningkatkan kebiasaan makan mikrobiota usus, dan oleh karena itu, kesehatan seseorang.

Diet manusia adalah indikator kunci kualitas hidup dan mempengaruhi individu dengan cara yang berbeda, karena pentingnya protein, vitamin, mineral dan nutrisi yang dibutuhkan untuk fungsi tubuh yang sempurna. Sereal memiliki persentase protein, lipid, serat, abu dan karbohidrat yang sama. Sereal adalah makanan yang berasal dari tumbuhan, terdiri dari biji-bijian dan sebagian besar dikonsumsi oleh masyarakat di seluruh dunia. Nama ‘sereal’ berasal dari Ceres , dewi pertanian dan panen Yunani. Sereal budidaya utama adalah beras, gandum, jagung, oat, rye, barley dan triticale. Mereka banyak dikonsumsi karena menjadi bagian dari kebiasaan makan banyak orang; untuk kemudahan budidaya, konservasi, transportasi dan pendapatan, karena biaya rendah dan nilai gizi yang baik dan untuk berbagai macam bentuk penggunaan (Coppens 2005).

Beras adalah salah satu sereal yang paling banyak dibudidayakan di dunia untuk konsumsi manusia dan bahan baku untuk industri makanan. Ada kecenderungan yang meningkat dari industri ini untuk mencari beras, terutama beras organik dan gandum utuh, karena masalah kesehatan dan media, yang berkepentingan dengan kebangkitan budaya kekuatan berbasis produk gandum (Ley dkk. 2005). Beras, meski bukan makanan yang kaya vitamin, memiliki perbedaan agar mudah diasimilasi oleh tubuh. Komponen utamanya adalah pati, yang menyediakan energi, berfungsi sebagai bahan bakar untuk fungsi tubuh. Persentase protein bervariasi sekitar 3 sampai 12% tergantung pada jenis beras (Ibge 2013).

Praktisi diet makrobiotik dan vegetarian berusaha untuk menggunakan secara rasional, menggunakan nasi untuk mempromosikan tindakan komplementer dari satu makanan di atas yang lain. Di alam, komunitas mikroba memfasilitasi aliran nutrisi dan energi dari bumi, tetapi sedikit yang diketahui tentang interaksinya, dan keanekaragamannya masih diremehkan. Pola suksesi mereka dan bagaimana distribusi spasial mereka juga terjadi kurang dipelajari (Barbosa dkk. 2010). Oleh karena itu, keanekaragaman hayati fungsional dalam agroekosistem merupakan kunci keberlanjutan ekologi produksi dan mikroorganisme sangat penting untuk proses ini (Johnson dkk. 2003).

Bakteri terdiri dari komunitas mikroba besar, yang terdiri dari spesies yang dianggap patogen bagi manusia, hewan dan tumbuhan, atau bahkan spesies bermanfaat yang berinteraksi dengan organisme lain. Oleh karena itu, pentingnya studi keanekaragaman mikroba dipertaruhkan.

METODE

Pencarian bibliografi dilakukan melalui pencarian sistematis yang mencakup tahun 1900-an dan hingga 2013. Istilah “bakteri tanah”, “agroekosistem” dan “nutraceutical” digunakan untuk mencari database seperti SciELO dan Portal Capes. Basis data ini memenuhi kriteria minimum pencarian untuk melakukan tinjauan sistematis, sesuai dengan literatur. Artikel yang ditulis dalam bahasa selain bahasa Inggris, Spanyol atau Portugis tidak termasuk. Kemudian teks lengkap dari artikel yang dipilih dan referensi yang dikutip dianalisis, yang dipilih dalam studi tambahan milik subjek. Pencarian awal mengidentifikasi 68 artikel, yang digunakan untuk penyusunan artikel ulasan ini

KEANEKARAGAMAN MIKROBA

Dalam ekosistem yang terpelihara

Mikroorganisme mewakili repertoar terkaya dalam kimia dan keragaman molekuler di alam, memberikan dasar untuk proses ekologi seperti siklus biogeokimia dan rantai makanan, serta menjaga hubungan vital di antara mereka sendiri dan dengan organisme superior.Hunter-Cevera 1998). Keanekaragaman mikroorganisme sangat luas yang tidak diketahui. Sejauh ini, antara 0,1 dan 10% spesies mikroba diketahui, tergantung pada habitat yang dipelajari. Dalam suatu agroekosistem, variasi keanekaragaman mikroba sepanjang musim masih belum dipahami dengan baik, karena pada setiap musim, satu komunitas mikroba tampaknya lebih dominan, disertai dengan komunitas mikroba lain yang kurang melimpah yang seringkali berada di bawah tingkat deteksi menggunakan metode terkini. evaluasi (Torsvik dan Ovreas 2002). Keanekaragaman mikroorganisme sangat penting untuk berfungsinya ekosistem, karena ada kebutuhan untuk mempertahankan proses ekologi seperti dekomposisi bahan organik, siklus nutrisi, agregasi tanah dan pengendalian patogen dalam ekosistem (Kennedy 1999). Keragaman fungsional sangat penting dalam penilaian ekologi mikroorganisme dalam ekosistem, terutama karena sedikit yang diketahui tentang hubungan antara keragaman struktural dan fungsional mikroorganisme ini. Namun, ada konsensus bahwa keanekaragaman mikroba secara langsung berkaitan dengan stabilitas ekosistem (Yamanaka dkk. 2003).

Dalam agroekosistem

Pertanian modern dicirikan oleh pencarian konstan untuk meningkatkan hasil panen melalui penggunaan mekanisasi, irigasi, pemupukan kimia dan aplikasi pestisida, ditambah dengan perbaikan genotipe tanaman. Namun, dampak lingkungan yang ditimbulkan oleh intensifikasi pertanian tidak selalu mendapat perhatian yang diperlukan. Kurangnya pengetahuan rinci tentang ekosistem dan/atau perencanaan yang tidak memadai untuk penggunaan lahan menyebabkan kerangka degradasi lingkungan yang intens, dengan hilangnya sumber daya tak terbarukan dan keanekaragaman hayati tidak hanya di Brasil tetapi di negara lain (Eussen 1997). Pengamatan peningkatan lahan pertanian yang terdegradasi telah menyebabkan perubahan konsep penggunaan lahan, berdasarkan pandangan holistik dari proses pertanian, di mana sumber daya alam (tanah, air dan keanekaragaman hayati) dieksploitasi secara lebih berkelanjutan.

Keanekaragaman mikroorganisme sebagai indikator kualitas agroekosistem telah diperdebatkan secara luas, terutama dalam dekade terakhir, dengan munculnya teknik biologi molekuler yang mendukung evaluasi mikroorganisme dalam sampel lingkungan.Coutinho dkk. 1999; Tiedje dkk. 2001;Unicomb dkk. 2005). Argumen utama yang mendukung fitur lingkungan tersebut adalah kenyataan bahwa keanekaragaman mikroba secara alami tetap tidak berubah sepanjang tahun (Dickens dan Anderson 2001). Meskipun penggunaan lahan terus menerus untuk praktek pertanian, tanah mungkin kaya dalam sudut pandang biologis, karena banyak mikroorganisme yang ditemukan di lingkungan ini dianggap penting dalam pengendalian biologis penyakit dan hama pertanian (Andreoti 2009). Dengan demikian, proses mikroba memainkan kepentingan mendasar dalam fungsi sistem produksi, melakukan tugas-tugas yang berhubungan langsung dengan produktivitas dan keberlanjutan mereka (Boncowski dan Roy 2005).

Padi adalah tanaman dari genus Oryza dari keluarga rumput. O. sativa (beras Asia) dan O. glaberima (beras Afrika) adalah dua spesies yang paling banyak dibudidayakan. Domestikasi beras terjadi sekitar 10.000 tahun yang lalu di Asia. Di Brazil, tanaman ini diperkenalkan oleh orang Portugis (Heinrichs 1997;Hunter-Cevera 1998). Beras masih dianggap sebagai komponen utama makanan pokok dunia, meskipun konsumsi per kapita di Brasil telah menurun 40,5%, menurut penelitian Institut Geografi dan Statistik Brasil (FAO) pada 2013. Namun, perlu dicatat bahwa produksi beras tahun 2013 sebesar 12.816 juta ton. Budidaya padi di Brasil terutama dalam mode irigasi. Negara penghasil terbesar Brasil adalah Rio Grande do Sul dengan 1.0666 juta hektar, mewakili 44,5% dari luas nasional dan menyumbang 66,5% dari produksi Brasil (Panizzon dkk. 2013).

Pemantauan mikrobiologis air dan tanah tergantung pada kualitas air yang masuk ke tanaman. Bagian dari keanekaragaman bakteri Gram positif yang terdapat pada ekosistem padi termasuk dalam kelompok Bacillus , Micrococcus , Staphylococcus , Corynebacterium dan Lactobacillus , serta berbagai spesies Gram negatif yang termasuk dalam famili Enterobacteriaceae , dan Peseudomonadaceae Aeromonadaceae , Vibrionaceae , Brucellaceae , Burkholderiaceae , Xanthomonadaceae dan lain-lain (Reche dan Fiuza 2005). Di antara bakteri Gram-negatif, spesies berikut telah diidentifikasi oleh penulis yang sama di perairan budidaya padi: Escherichia coli , Enterobacter sp. Citrobacter freundii , Klebsiella pneumoniae , K. oxytoca , Proteus mirabilis , P. vulgaris , P. penneri , Citrobacter spp, Enterobacter cloaceae , Providencia rettgeri , Stenotrophomonas maltophilia , Ochrobactrum anthropi , ChromobacteriumPseudomonas aeruginosa , P. fluorescens dan Burkolderia cepacia .

Dalam mikrobiota manusia

Tubuh manusia dihuni oleh sejumlah besar mikroorganisme, didistribusikan di berbagai jaringan dan organ. Diyakini bahwa kelimpahan mikroorganisme lebih besar dari jumlah sel dalam tubuh dan berhubungan langsung dengan sistem kekebalan tubuh dan pemanfaatan pakan yang lebih baik (Brandt dkk. 2006). Sistem pencernaan terdiri dari saluran pencernaan yang berhubungan dengan organ-organ yang sebagian melakukan pencernaan, secara mekanis dan kimiawi. Tujuan dari sistem pencernaan adalah pemecahan makanan menjadi partikel yang lebih kecil untuk diserap dalam tubuh manusia.

Saluran pencernaan mamalia mempertahankan populasi mikroba yang sangat beragam yang memainkan peran penting dalam metabolisme nutrisi, perlindungan terhadap patogen, dan pengembangan sistem kekebalan tubuh. Diperkirakan bahwa setidaknya 1000 spesies bakteri yang berbeda hidup berdampingan di saluran usus manusia. Meskipun sering dianggap sebagai patogen, sebagian besar mikroorganisme di saluran usus memiliki efek menguntungkan. Mereka memainkan banyak peran dalam inang manusia, karena mereka terlibat langsung dalam sintesis vitamin dan kofaktor, membantu mendegradasi lipid dan polisakarida kompleks dan juga memiliki tindakan detoksifikasi (Kennedy 1999;Douglas- Escobar dkk. 2006). Diketahui bahwa bakteri sangat mengisi sebagian besar saluran enterik. Namun, lambung dan usus kecil memiliki lebih sedikit mikroorganisme karena adanya asam klorida (Bedani dkk. 2009). Usus besar memiliki banyak bakteri, terutama Lactobacillus sp., Escherichia coli , Klebsiella sp. dan Proteus sp. yang membantu dalam sintesis degradasi makanan (Camargo dkk. 2011;Odonkor dan Ampofo 2013).

Mikrobiota usus adalah campuran dinamis dari mikroorganisme, yang komposisinya bervariasi di sepanjang saluran pencernaan (GIT) dan antara mukosa dan lumen usus. Mikrobiota berkembang sepanjang waktu, karena interaksi faktor genetik, kontak dengan lingkungan, diet dan penyakit, sehingga menjelaskan fakta bahwa setiap individu menyajikan mikrobiota yang unik (Bedani dkk. 2009). Genotipe individu juga dapat menjadi faktor yang mempengaruhi komunitas bakteri di usus, mengikuti hipotesis bahwa di dalam usus terdapat tempat perlekatan spesifik untuk beberapa bakteri di inang, memilih yang paling penting. Situs adhesi ini mungkin telah ditentukan sebelumnya secara genetik (Brandt dkk. 2006).Gambar 1 menunjukkan secara didaktis faktor-faktor yang dapat mempengaruhi mikrobiota usus.

Konsentrasi mikroorganisme dan aktivitas metabolisme tertinggi ditemukan di usus besar. Mulai dari ileum konsentrasi bakteri meningkat secara bertahap, mencapai 10¹¹ sampai 10¹² CFU/g di usus besar. Mikrobiota dewasa dan stabil terdiri dari spesies asli (anggota permanen) dan allochthonous (anggota sementara yang diperoleh dari sumber eksternal). Mikrobiota beragam, terdiri dari 400-1000 spesies, di mana lebih dari 60% tidak dapat dibudidayakan di luar usus (Moreira 2012). Mikrobiota usus memainkan peran berbeda yang penting bagi inang seperti mereka memberikan efek trofik pada epitel usus, mendukung perkembangan mikrovili, yang pada gilirannya meningkatkan penyerapan nutrisi (Moreira 2012). Diet merupakan penentu utama bertahannya bakteri tertentu di saluran pencernaan, karena diet memberikan nutrisi, tidak hanya untuk inang, tetapi juga untuk bakteri yang ada di dalamnya. Komponen dari makanan yang tidak dapat dicerna berfungsi sebagai sumber karbon dan energi bagi bakteri usus manusia (Blaut dan Clavel2007).

Biota usus semakin dianggap sebagai mitra simbiosis untuk pemeliharaan kesehatan. Selama bertahun-tahun, mikrobiota usus telah dikenal dalam pengembangan sistem kekebalan tubuh. Sel-sel mukosa usus dan mikrobiota (enterosit, sel dendritik, limfosit, makrofag) mengatur produksi beberapa sitokin dan kemokin). Homeostasis saluran usus tergantung pada karakteristik inang (usia, jenis kelamin, genetika, dll) dan kondisi lingkungan (stres, obat-obatan, operasi gastrointestinal, agen infeksius dan toksik). Perubahan mikroorganisme usus dapat dibalik dengan diet dan penurunan berat badan. Perubahan kualitatif dan kuantitatif dalam konsumsi komponen makanan tertentu (asam lemak, karbohidrat, zat gizi mikro) memiliki efek tidak hanya pada komposisi mikrobiota usus, tetapi dapat memodulasi ekspresi gen di jaringan inang seperti hati, jaringan adiposa, usus, dan otot. Hal ini pada gilirannya dapat menyebabkan perkembangan atau penurunan massa lemak dan gangguan metabolisme yang terkait dengan penghalang usus dan kekebalan sistemik. Mikrobiota usus ini terdiri dari berbagai kelompok bakteri. Oleh karena itu, sangat penting untuk menjaga mereka seimbang untuk menjaga kesehatan manusia.

Beberapa bakteri telah digunakan sebagai probiotik, seperti spesies dari genus Lactobacillus dan Bifidobacterium , yang membantu dalam pemulihan mikrobiota usus manusia, ketika biota usus berkurang drastis dan rentan terhadap serangan patogen (Santos dan Cançado 2009).

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Asal Usul Relung dan Spesies di Dunia Bakteri – Relung adalah ruang untuk unit seleksi biologis, dari sel hingga komunitas yang kompleks. Dalam arti luas, “spesies” adalah unit biologis individuasi. Relung tidak ada tanpa organisme individu, dan setiap organisme memiliki relung.

Asal Usul Relung dan Spesies di Dunia Bakteri

hospitalmicrobiome – Kami menggunakan “ceruk” dalam pengertian Hutchinsonian sebagai abstraksi dari ruang lingkungan multidimensi yang dicirikan oleh berbagai kondisi, baik biotik maupun abiotik, yang rentang kuantitatifnya menentukan tingkat pertumbuhan positif atau negatif dari individu mikroba, biasanya suatu spesies, tetapi juga bagian dari komunitas spesies yang terkandung dalam ruang ini.

Organisme mikroba (“spesies“) terus melakukan diversifikasi, dan diversifikasi (radiasi) semacam itu bergantung pada kemungkinan membuka relung yang belum tereksploitasi atau yang kurang tereksploitasi.

Eksploitasi ceruk sering menyiratkan “konstruksi ceruk, ” ketika ceruk yang dijajah berkembang seiring waktu, memunculkan subniche potensial baru, sehingga memengaruhi pemilihan serangkaian varian baru dalam keturunannya. Evolusi relung dan organisme merupakan hasil dari proses interaksi timbal balik yang membentuk satu kesatuan proses.

Baca Juga : Kita Tidak Pernah Sendiri: Hidup dengan Mikrobiota Manusia

Diversifikasi mikroba sentrifugal memperluas batas relung spesies sementara proses sentripetal atau kohesif terjadi secara bersamaan, dimediasi oleh transfer gen horizontal dan peristiwa rekombinatorial, memadatkan semua informasi yang diperoleh selama spesialisasi diversifikasi menjadi “organisme baru” (kemungkinan spesies masa depan), sehingga menciptakan ceruk yang lebih kompleks, di mana keegoisan organisme baru membentuk “kekuatan homeostatik” yang membatasi variasi relung.

Setelah daya dukung penuh ceruk telah tercapai, isolasi reproduktif terjadi, karena tidak ada organisme asing yang dapat mengungguli populasi/komunitas yang ada, sehingga memfasilitasi spesiasi. Dalam kasus individualisasi-spesiasi mikrobiota, kontribusinya terhadap struktur usus hewan adalah sejenis “konstruksi relung”, hasil dari pembicaraan silang antara relung (inang) dan mikroorganisme. Terakhir, ada paralelisme antara hierarki relung dan individu mikroba.

Meningkatnya efek antropogenik pada biosfer (seperti globalisasi) dapat mengurangi keragaman relung dan individu bakteri, dengan potensi munculnya multispesialis yang sangat menular (yang pada akhirnya merusak) yang dihasilkan dari homogenisasi mikrobiosfer, kemungkinan yang harus dieksplorasi dan dicegah. karena tidak ada organisme asing yang dapat mengungguli populasi/komunitas yang ada, sehingga memudahkan spesiasi.

Dalam kasus individualisasi-spesiasi mikrobiota, kontribusinya terhadap struktur usus hewan adalah sejenis “konstruksi relung”, hasil dari pembicaraan silang antara relung (inang) dan mikroorganisme.

Terakhir, ada paralelisme antara hierarki relung dan individu mikroba. Meningkatnya efek antropogenik pada biosfer (seperti globalisasi) dapat mengurangi keragaman relung dan individu bakteri, dengan potensi munculnya multispesialis yang sangat menular (yang pada akhirnya merusak) yang dihasilkan dari homogenisasi mikrobiosfer, kemungkinan yang harus dieksplorasi dan dicegah. karena tidak ada organisme asing yang dapat mengungguli populasi/komunitas yang ada, sehingga memudahkan spesiasi.

Dalam kasus individualisasi-spesiasi mikrobiota, kontribusinya terhadap struktur usus hewan adalah sejenis “konstruksi relung”, hasil dari pembicaraan silang antara relung (inang) dan mikroorganisme. Terakhir, ada paralelisme antara hierarki relung dan individu mikroba. Meningkatnya efek antropogenik pada biosfer (seperti globalisasi) dapat mengurangi keragaman relung dan individu bakteri, dengan potensi munculnya multispesialis yang sangat menular (yang pada akhirnya merusak) yang dihasilkan dari homogenisasi mikrobiosfer, kemungkinan yang harus dieksplorasi dan dicegah. Dalam kasus individualisasi-spesiasi mikrobiota, kontribusinya terhadap struktur usus hewan adalah sejenis “konstruksi relung”, hasil dari pembicaraan silang antara relung (inang) dan mikroorganisme. Terakhir, ada paralelisme antara hierarki relung dan individu mikroba. Meningkatnya efek antropogenik pada biosfer (seperti globalisasi) dapat mengurangi keragaman relung dan individu bakteri, dengan potensi munculnya multispesialis yang sangat menular (yang pada akhirnya merusak) yang dihasilkan dari homogenisasi mikrobiosfer, kemungkinan yang harus dieksplorasi dan dicegah. Dalam kasus individualisasi-spesiasi mikrobiota, kontribusinya terhadap struktur usus hewan adalah sejenis “konstruksi relung”, hasil dari pembicaraan silang antara relung (inang) dan mikroorganisme. Terakhir, ada paralelisme antara hierarki relung dan individu mikroba.

Meningkatnya efek antropogenik pada biosfer (seperti globalisasi) dapat mengurangi keragaman relung dan individu bakteri, dengan potensi munculnya multispesialis yang sangat menular (yang pada akhirnya merusak) yang dihasilkan dari homogenisasi mikrobiosfer, kemungkinan yang harus dieksplorasi dan dicegah. ” hasil crosstalk antara niche (inang) dan mikroorganisme. Terakhir, ada paralelisme antara hierarki relung dan individu mikroba. Meningkatnya efek antropogenik pada biosfer (seperti globalisasi) dapat mengurangi keragaman relung dan individu bakteri, dengan potensi munculnya multispesialis yang sangat menular (yang pada akhirnya merusak) yang dihasilkan dari homogenisasi mikrobiosfer, kemungkinan yang harus dieksplorasi dan dicegah. ” hasil crosstalk antara niche (inang) dan mikroorganisme. Terakhir, ada paralelisme antara hierarki relung dan individu mikroba. Meningkatnya efek antropogenik pada biosfer (seperti globalisasi) dapat mengurangi keragaman relung dan individu bakteri, dengan potensi munculnya multispesialis yang sangat menular (yang pada akhirnya merusak) yang dihasilkan dari homogenisasi mikrobiosfer, kemungkinan yang harus dieksplorasi dan dicegah.

Relung adalah ruang untuk unit seleksi biologis. Tinjauan berpendirian ini bermaksud untuk membahas asal usul, pengembangan, dan evolusi relung dari sudut pandang ekologi, sebagai alat rahim yang mengarah pada pengiriman individu mikroba (unit seleksi), dari spesies ke komunitas yang stabil di dunia bakteri. Keberadaan rahim memiliki sedikit arti tanpa organisme berkembang di dalamnya. Demikian pula, relung tidak ada artinya tanpa organisme yang berkembang di dalamnya, mengingat konsep relung di dunia pra-biotik tidak ada artinya. Ini adalah organisme individu yang hidup yang memberikan identitas ceruk. Misalnya, berbagai pulau berbatu di Galapagos bukanlah “relung” untuk berbagai spesies burung kutilang sebelumnya .kedatangan stokastik burung kutilang (tidak berdiferensiasi) dari benua jutaan tahun yang lalu. Mereka menjadi “relung” karena spesiasi burung finch. Begitu ada korespondensi antara spesies dan ceruk, relung itu bertahan sedemikian rupa sehingga bahkan jika semua anggota spesies punah secara lokal, relung kosong akan mengenali atau dikenali oleh gelombang masuk baru individu-individu dari relung spesifik yang sama. spesies, tertarik oleh area aksesibilitas historis ini.

Sebenarnya, asal kata ”niche” berkaitan dengan bahasa Latin ” nidus” sarang, menyediakan kondisi yang mendukung perkembangan suatu organisme. Burung membangun sarangnya, yang penting untuk perkembangan spesies. Akhirnya, spesies burung lain (mungkin terkait) mungkin mengenali sarang alien yang cocok untuk perkembangannya sendiri (burung perampok sarang). Perhatikan bahwa konstruksi sarang (relung) seringkali membutuhkan cabang-cabang pohon tertentu di lingkungan tertentu (biasanya “bersejarah”, yaitu, yang telah digunakan oleh generasi sebelumnya) yang dapat menyediakan makanan bagi anak-anaknya, bertindak sebagai “sarang”. ” untuk sarang, sehingga menciptakan citra intuitif hierarki sarang. Bagaimana hal ini berlaku untuk spesiasi bakteri? Mengutip Jacques Monod dari perspektif anti-reduksionistik, “apa yang benar untuk burung juga berlaku untuk bakteri.”

Kami tentu dapat memperluas pertimbangan ini, mengingat struktur fraktal alam, mengingat bahwa “spesies” adalah kesatuan biologis individuasi (membangun, mengembangkan individu) dan seleksi, dan ceruk (sarang) adalah unit fisikokimia spasial yang sesuai dari individuasi dan seleksi. Padahal, sebelum abad ke-16, arti istilah “spesies” adalah “kelas (sesuatu) yang berbeda berdasarkan karakteristik umum,” yaitu kategori sesuatu yang dapat dihargai (specere , “untuk melihat”) sebagai entitas individu. Istilah spesies (biologis) modern diciptakan oleh John Ray pada abad ke-17 dan diterapkan secara luas oleh Carl Linnaeus pada abad ke-18, mengacu pada tumbuhan dan hewan. Di zaman kita, kebangkitan tertentu dari makna lama diperlukan, memungkinkan untuk mencakup entitas individu biologis di bawah dan di luar definisi klasik spesies.

Konsep spesies bakteri sangat sulit dipahami. Seperti halnya burung perampok sarang, beberapa jenis organisme bakteri kerabat cocok di ceruk yang sama. Oleh karena itu telah diusulkan bahwa “relung” menggambarkan batas unit ekologi mikroba, tidak harus spesies tetapi organisme spesifik relung yang setara secara ekologis, “ekotipe,” sehingga spesies yang dinamai, disusun oleh ekotipe, dapat menyerupai apa yang kita sekarang dipahami sebagai genus ( Cohan, 2002 ; Ward et al., 2006 ). Memang, komponen spesies bakteri terkait secara filogenetik dan berbagi eko-fenotipe yang serupa ( Rossello-Mora dan Amann, 2001).). Namun, yang dikaitkan dalam ulasan ini dengan “spesies” dapat sama-sama dikaitkan dengan individu evolusioner lainnya di tingkat yang lebih tinggi (genus atau bahkan komunitas terintegrasi dari spesies yang berbeda) dan tingkat hierarki yang lebih rendah (subspesies, klon) sesuai dengan konsep spesies yang berbeda ( Palmer dkk., 2019). Minat baru dalam “mikrobiologi ceruk” dipupuk oleh meningkatnya kebutuhan untuk menentukan risiko yang terkait dengan peningkatan efek antropogenik pada mikrobiosfer. Dalam perspektif One Health dan kesehatan Global, kesehatan manusia, dan kesehatan sebagian besar kehidupan terestrial, bergantung pada keseimbangan kompleks yang didominasi oleh konglomerat, efek integratif mikrobiosfer. Efek tersebut mencakup dari mempertahankan kehidupan produsen utama hingga penyebaran resistensi terhadap agen antimikroba ( Baquero et al., 2019 ).

Konsep Niche Bakteri

Istilah “niche” diciptakan pada tahun 1913 oleh Grinnell dan Swarth ketika membahas spesiasi burung finch Galapagos ( Grinell dan Swarth, 1913). dan dikandung sebagai rumah bagi satu spesies atau akhirnya subspesies. Kita harus menyadari bahwa istilah “ceruk” mencerminkan abstraksi, dalam arti metafora, dan akibatnya upaya untuk definisi yang tepat tergantung pada sudut pandang dan niat ilmuwan, yang mengakibatkan kurangnya kejelasan secara keseluruhan ketika diterapkan. untuk tujuan yang berbeda. Di zaman kita, niche secara bersamaan adalah ruang (tetapi ruang cair, bukan gelembung), pemandangan di mana kondisi abiotik, non-interaktif, dan akhirnya variabel lingkungan tertentu terjadi, area di mana fungsi yang berasal dari biotik, termasuk interaksi biologis pada hierarki yang berbeda. sisik terus-menerus mengubah kondisi lokal (seperti mengkonsumsi atau memproduksi nutrisi), dan lokasi yang fleksibel di mana beberapa organisme menetap (bertahan hidup, bereproduksi) dan organisme lain bermigrasi ke daerah yang dapat diakses.

Relung Grinellian mengacu pada ruang multidimensi yang dibentuk oleh ansambel variabel abiotik independen, tidak atau lambat interaktif dan tidak dapat dikonsumsi yang mempengaruhi organisme (variabel scenopoetic, yang berarti variabel yang tidak berinteraksi). Relung Eltonian mengacu pada ansambel lokal interaksi biotik cairan pada skala seluler, termasuk variabel bionomik yang relatif statis sebagai kompetisi untuk nutrisi atau mutualisme (Soberon, 2007 ; Soberon dan Nakamura, 2009 ). Perhatikan bahwa semua pandangan yang berbeda ini sebagian besar lahir untuk mendekati masalah biogeografis, termasuk identifikasi area distribusi (seringkali mengenai tumbuhan dan hewan), tetapi pada kenyataannya mereka tidak dapat dianggap saling eksklusif. Bagaimana gagasan heuristik ini dapat diterapkan pada relung mikroba, yang tersebar luas, tetapi juga berbutir halus dan terputus-putus?

Untuk tujuan tinjauan ini, berfokus pada relung mikroba, makna relung sebagian besar didasarkan pada yang diusulkan oleh George Evelyn Hutchinson (1903–1991) ( Hutchinson, 1957 ; Holt, 2009) sebagai abstraksi dari ruang lingkungan multidimensi yang dapat dicirikan oleh berbagai kondisi, baik biotik (sebagai interaksi bakteri) dan abiotik (biotope), yang rentang kuantitatifnya menentukan laju pertumbuhan positif atau negatif dari unit evolusi (biasanya a spesies tetapi juga komunitas spesies) yang terdapat dalam ruang tersebut. Konsep relung dan biotope Hutchinsonian tetap sangat berguna dalam biogeografi, ekologi, epidemiologi, dan evolusi tetapi dapat digunakan untuk mensimulasikan efek pada spesies dan komunitas mikroba selama pembentukan relung dan evolusi di bawah prediksi perubahan lingkungan lokal dan global ( Colwell dan Rangel, 2009 ) ).

Kondisi ceruk Hutchinsonian mengingatkan “fenotipe” organisme, dan ciri-ciri “fenotipe ceruk” harus sesuai (seperti dalam “metafor cermin”) dengan organisme yang mampu bertahan atau tumbuh di dalam ceruk. Lebih dari 25 tahun yang lalu, salah satu penulis ulasan ini (FB) menyebut ansambel yang tidak dapat dipisahkan dari tautan ini “ecobiome” ( Baquero, 1994 ) memperluas definisi pertama “ecobiome” sebagai ansambel kondisi biotik dan abiotik dari ceruk ekologis ( Polunin, 1984 ). Konsep esensial adalah “permukaan respons niche” yang diturunkan dari fungsi biologi populasi r(e) , yang didefinisikan sebagai ketergantungan laju pertumbuhan populasi ( r) pada ansambel komponen biotik dan abiotik lingkungan ( e ) ( Holt, 2020 ). Oleh karena itu, ceruk secara bersamaan merupakan lingkungan dan membran individu biologis, yang merupakan dualitas ontologis yang tidak dapat dipisahkan. Relung “ditemukan” (dibuka) oleh varian mikroba. Lingkungan tertentu di mana pemilihan varian tertentu berlangsung diubah menjadi “ceruk”, yang kemudian mengindividualisasi (spesiasi, dalam arti luas) organisme.

Relung: Struktur dan Variasi

Relung memiliki komposisi internal yang bertanggung jawab atas “respon relung” ( Maguire, 1973 ), mengingat bahwa ia terdiri dari ansambel multidimensi dari kondisi lokal yang terdistribusi secara heterogen di dalam relung, sering kali membentuk gradien. Dalam hipotesis sentralitas ceruk, harus ada pusat geometris teoretis (“pusat” atau “inti”), yang mewakili kualitas keseluruhan rata-rata ceruk. Di dalam relung, harus ada tempat di mana kombinasi kondisi spesifik tertentu optimal untuk menyediakan pengait ke inokulum langka (propagulum) dari mikroorganisme tertentu, sehingga dapat bertahan dan tumbuh, idealnya di atau di dekat inti relung. . Secara hipotetis, kelimpahan spesies yang beradaptasi dengan niche di situs ini harus maksimal ( Yañez et al., 2020). Situasi ini mengingatkan lanskap kebugaran Sewall Wright, dengan puncak optimal di mana genotipe berlimpah ( Wright, 1932 ). Seperti di lanskap Wright, inti relung tidak perlu teratur (lingkaran) dan dapat berbentuk bulat telur atau bahkan asimetris ( Holt, 2020 ), tanpa puncak tunggal melainkan punggungan tinggi, mengingat satu atau lebih kondisi di ceruk bisa lebih stabil atau dominan daripada yang lain dalam memberikan kelimpahan semaksimal mungkin ( Holt, 2020 ; Osorio-Olvera et al., 2020 ).

Namun, kondisi yang mengonfigurasi inti relung mungkin tidak stabil, yang membuatnya sulit untuk mengidentifikasi area kelimpahan maksimum organisme tertentu. Oleh karena itu, inti mengikuti lintasan daripada yang dapat direpresentasikan lebih sebagai lokus geometris daripada sebagai sentrum. Populasi mikroba diharapkan untuk melakukan perjalanan terus-menerus untuk mencari ceruk inti fundamental mereka (atau yang lebih dekat), dan variasi bersama ini, yang dimediasi oleh peristiwa penularan, mengurangi pemutusan hubungan antara spesies dan lingkungan. Dalam lingkungan yang tidak stabil, kelimpahan harus diukur sebagai kepadatan rata-rata di sepanjang lokus geometris dan waktu. Relung dibatasi oleh “membran” eksklusif yang memfasilitasi isolasi reproduksi organisme.

Pergerakan (tidak jarang osilasi) dari pusat geometris dari ceruk asli di bawah berbagai kondisi mengubah topologi parametrik relung, yang menghasilkan pembukaan ruang dengan kelimpahan rendah (relung periferal) hingga varian mikroba akhirnya mampu menangani atau mengeksploitasi suboptimal ini. kondisi, mengubahnya menjadi neo-inti untuk varian genotipe dan memfasilitasi keabadian dan pertumbuhannya. Meskipun situasi ini seharusnya menciptakan persaingan klonal dengan organisme leluhur pionir, variabilitas ceruk memastikan koeksistensi dan meningkatkan kemungkinan spesies (sebagai ansambel varian mikroba) untuk mencapai daya dukung penuh relung.

Relung dengan tingkat kompleksitas dan stabilitas yang berbeda jelas mempengaruhi evolusi populasi bakteri. Sebuah “ceruk datar” dengan sedikit komponen, dominasi kuat dari satu atau beberapa kondisi, sedikit dan gradien lembut ( Colwell dan Rangel, 2009) dan kondisi stabil di seluruh ceruk harus memiliki efek yang berbeda pada evolusi spesies mikroba daripada relung lainnya. Misalnya, jika suhu (atau osmolaritas) sangat tinggi, ceruk cenderung datar, karena komponen ini menciptakan gaya selektif tunggal (atau dominan). Jika ceruknya datar dan besar, pemilihan varian mikroba (dan diversifikasi dan spesiasi yang dihasilkan) harus berkurang. Sebaliknya, relung dengan kelimpahan dan kompleksitas tinggi tetapi homeostasis yang sangat efisien (misalnya, sitoplasma sel eukariotik) memastikan “kerataan” yang serupa, mengingat homeostasis mengoordinasikan/menyederhanakan keragaman komponen, menghasilkan hampir satu komponen dengan efisiensi selektif .

Stabilitas Niche dan Radiasi Adaptif

Cukup “stabilitas rata-rata” dari kesetiaan inti ceruk-organisme sangat penting untuk proses spesiasi. Jika variasi niche mendukung diversifikasi spesies sebagai ansambel varian subspesifik, proses spesiasi membutuhkan “kompartemen” (sarang stabil) yang memfasilitasi isolasi reproduksi organisme. Stabilitas niche juga memastikan replikasi yang efektif dan kemungkinan menjelajahi lingkungan tetangga yang stabil untuk diubah menjadi niche. Proses eksplorasi, penemuan, dan kolonisasi neo-relung oleh varian fenotipik yang menghasilkan garis keturunan yang berkembang pesat ini disebut “radiasi adaptif” ( Gavrilets dan Vose, 2005 ; Gillespie dan Parent, 2014 ).). Paul Rainey dkk. melakukan eksperimen mani yang menunjukkan munculnya garis keturunan baru (spesies potensial) di lingkungan yang stabil ( Rainey dan Travisano, 1998 ). Dalam labu berisi kultur cair yang dikocok, inokulum dari jenis bakteri tampaknya tetap homogen secara genetik dan ekologis. Namun, jika inokulum disemai ke dalam labu tanpa pengocokan, kompartementalisasi kondisi kultur terjadi secara spontan, menciptakan sub-lingkungan yang terstruktur secara spasial [misalnya, kandungan oksigen rendah di bagian bawah, berlimpah di permukaan, dengan kultur udara tertentu. interaksi permukaan kaca ( Jerdan et al., 2019)]. Dalam waktu singkat (hari), “genotipe spesialis” (dalam pelat kultur) muncul dan secara istimewa menempati berbagai kompartemen ketika diinokulasi dalam labu baru. Genotipe mudah dikenali oleh kekhasan koloni yang mereka bentuk ketika tumbuh di piring agar. Beberapa mutasi telah ditemukan bertanggung jawab atas proses radiasi adaptif ini, beberapa lebih efektif daripada yang lain ( McDonald et al., 2009 ). Radiasi adaptif juga telah diamati dalam model lingkungan konstan ( Maharjan et al., 2006 ), tetapi sulit untuk mengesampingkan keberadaan “kompartemen mikro” di lingkungan stabil yang tampaknya tidak terstruktur, terutama jika perangkat kompleks (seperti chemostat) digunakan .

Kapasitas divergensi bakteri tanpa memerlukan spesialisasi ekologi di beberapa relung dipelajari dengan kultur kemostat Escherichia coli dengan sumber nutrisi terbatas ( Maharjan et al., 2006 ). Populasi klon awalnya menyebar ke beberapa kelompok dengan peningkatan penggunaan nutrisi, bersaing tetapi berbagi ceruk yang sama (tidak ada seleksi berkala), dan dengan demikian dianggap milik “ekotipe tunggal.” Eksplorasi multi arah ruang kebugaran merupakan faktor yang diremehkan dalam diversifikasi bakteri. Studi in vitro ini memiliki korespondensi dengan kehidupan nyata, dan spesiasi simpatrik dalam genus Vibrio laut didasarkan pada diversifikasi awal dalam mikroniche air (Shapiro dkk., 2012 ; Friedman et al., 2013 ).

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Kita Tidak Pernah Sendiri: Hidup dengan Mikrobiota Manusia – Kita hidup dengan dan dikelilingi oleh mikrobaSebagian besar organisme bersel satu yang mencakup bakteri, beberapa jamur (seperti ragi), dan mikroalga.(juga disebut mikroorganismeSebagian besar organisme bersel satu yang mencakup bakteri, beberapa jamur (seperti ragi), dan mikroalga.), meskipun kita tidak dapat melihatnya dengan mata kita.

Kita Tidak Pernah Sendiri: Hidup dengan Mikrobiota Manusia

hospitalmicrobiome – Mikroba adalah organisme hidup terkecil yang diketahui. Mereka ada di mana-mana: di tanah, sungai, tumbuhan, hewan, air ledeng, di keyboard Anda, di bantal, dan di tubuh Anda.

Beberapa mikroorganisme hidup bersama kita dan di dalam tubuh kita. Bakteri Mikroorganisme hidup kecil yang dapat bermanfaat atau berbahaya bagi manusia mewakili sebagian besar mikroorganisme yang hidup di dalam tubuh.

Tahukah Anda bahwa Anda memiliki lebih banyak bakteri dalam tubuh Anda daripada sel manusia? Tahukah Anda mengapa bakteri ini hidup di tubuh Anda? Kami membawa tetangga ini bersama kami setiap hari dan biasanya mereka tidak membuat kami sakit. Apakah mereka ramah? Atau bisakah mereka membuat kita sakit? Bagaimana cara mereka masuk? Apa peran mereka dalam tubuh?

APA ITU BAKTERI?

Bakteri adalah mikroorganisme hidup kecil yang terlalu kecil untuk dilihat dengan mata telanjang. Mereka 1.000 kali lebih kecil dari ujung pensil. Kita harus menggunakan alat yang disebut mikroskop, yang membuat gambar bakteri cukup besar untuk dilihat. Ada banyak jenis bakteri dengan beragam bentuk dan ukuran. Beberapa terlihat seperti tongkat baseball, yang lain bulat seperti bola basket (tetapi jutaan kali lebih kecil).

Baca Juga : Kontribusi mikroba untuk makroekologi 

A. Bakteri bisa berbentuk bulat seperti bola basket, panjang seperti tongkat baseball, atau bisa terlihat seperti kacang atau ombak. Terkadang bakteri dapat berkelompok dan terlihat seperti seikat anggur atau seperti kereta api. B. Bakteri dapat dilihat menggunakan mikroskop dengan perbesaran 1000x. Pewarnaan sering digunakan untuk membantu melihat bakteri, yang sebenarnya transparan. Bakteri yang berwarna merah muda disebut basil dan yang berwarna ungu disebut kokus.

DIMANA BAKTERI DALAM TUBUH MANUSIA?

Bakteri hidup di kulit, di dalam hidung, di tenggorokan, di mulut, di vagina, dan di usus. Sebagian besar bakteri yang ditemukan dalam tubuh hidup di usus manusia. Ada miliaran bakteri yang hidup di sana. Kami menyebut kelompok semua mikroba yang ditemukan di dalam tubuh sebagai mikrobiota manusia. Mikroorganisme ini berkoloniHidup di dalam tubuh tanpa menyebabkan kerusakan apapun.tubuh, yang berarti bahwa mereka biasanya tidak menyebabkan kerusakan apapun. Ketika mikroorganisme menyebabkan penyakit, itu disebut infeksi.

DARI MANA BAKTERI YANG HIDUP DI TUBUH MANUSIA BERASAL?

Kita mulai dijajah oleh bakteri selama kelahiran. Selama proses kelahiran dan segera setelah lahir, kita mendapatkan mikroorganisme pertama kita. Bayi mendapatkan mikroorganisme dari ibunya selama persalinan, ketika mereka melewati vagina, atau dari kontak dengan kulit ibu, jika persalinan melalui operasi caesar. Lactobacilli, sejenis bakteri yang dianggap sebagai salah satu “orang baik”, hidup di vagina ibu dan mereka menjajah usus bayi untuk membantu pencernaanUntuk memecah makanan menjadi potongan-potongan kecil untuk digunakan oleh tubuh manusia.susu, yang mengandung gula yang disebut laktosa. Jika bayi dilahirkan melalui operasi caesar, Lactobacilli tidak akan segera menjadi bagian dari mikrobiota bayi, yang sebagian besar akan terdiri dari bakteri dari kulit ibu dan lingkungan bayi.

Perbedaan mikrobiota bayi akibat jenis kelahiran yang dialami bayi ini akan tetap ada sampai bayi berusia 12-24 bulan. Semua bayi juga memperoleh bakteri dari kulit perawat dan dokter serta lingkungan tempat mereka tinggal. Setelah bayi mulai makan, mereka mendapatkan mikroba dari makanannya. Pada hari-hari pertama kehidupan, jenis mikroorganisme yang berkoloni di ususnya akan berbeda-beda, tergantung apakah bayinya menyusu atau minum susu formula. Menyusui itu sehat untuk bayi, karena membantu bayi memperoleh bakteri dari kulit ibu yang kemudian akan menjajah usus bayi, dan ada juga komponen lain dari ASI yang melindungi bayi dari penyakit. Saat bayi tumbuh, mereka mendapatkan mikroorganisme dari makanan padat yang mereka makan, dari merangkak di lantai, dari memasukkan tangan ke dalam mulut, dari menjilati mainan, dan dari banyak sumber lainnya!

Mikroba yang hidup dalam tubuh manusia berubah selama pertumbuhan kita, sampai kita berusia 3 tahun. Pada saat itu, mikrobiota menjadi kurang lebih stabil sampai dewasa. Setiap individu memiliki mikrobiota sendiri, yang sebagian bergantung, tetapi tidak hanya, pada jenis makanan yang dimakan, lingkungan di mana orang tersebut tinggal, dan orang lain serta hewan yang berinteraksi dengan orang tersebut.

APA PERAN MIKROBIOTA MANUSIA?

Ketika kita menyebut bakteri dalam tubuh manusia, Anda mungkin langsung berpikir tentang penyakit yang disebut infeksi bakteriPenyakit yang disebabkan oleh bakteri patogen.. Pada titik tertentu dalam hidup Anda, Anda mungkin pernah mengalami infeksi yang diobati dengan antibiotikObat-obatan khusus yang digunakan untuk melawan bakteri.diresepkan oleh dokter Anda. Antibiotik adalah obat yang membunuh atau mencegah pertumbuhan bakteri.

Namun, sebagian besar mikroba tidak berbahaya dan benar-benar membantu menjaga kesehatan kita. Mikroba pada kulit, mulut, dan hidung melawan bakteri jahat yang ingin masuk ke dalam tubuh untuk menyebabkan penyakit. Bakteri baik ini bertindak seperti penjaga yang menjauhkan bakteri berbahaya yang membuat kita sakit. Bakteri yang menjajah vagina adalah contoh lain dari bakteri baik. Mereka mempertahankan lingkungan asam di vagina yang mencegah pertumbuhan mikroorganisme lain yang mungkin menyebabkan penyakit. Mikroorganisme penyebab penyakit disebut patogenMikroorganisme penyebab penyakit (kadang disebut juga kuman)..

Meskipun sebagian besar waktu mereka tidak berbahaya atau bahkan membantu, dalam kondisi tertentu beberapa bakteri yang merupakan bagian dari mikrobiota manusia dapat membahayakan kita. Misalnya, bakteri yang hidup di kulit bisa menjadi masalah. Jika Anda melukai diri sendiri, bakteri yang hidup di permukaan kulit Anda mungkin dapat masuk ke dalam tubuh Anda melalui luka tersebut, masuk ke tempat yang tidak seharusnya. Dalam hal ini, bakteri ini terkadang berbahaya bagi tubuh dan memicu infeksi. Gejala infeksi termasuk nyeri, bengkak, kemerahan, dan demam.

Contoh lain bagaimana mikrobiota dapat membahayakan kita adalah ketika Anda membiarkan terlalu banyak bakteri menumpuk di mulut Anda. Bakteri ini dapat menempel pada permukaan gigi Anda. Beberapa jenis bakteri akan menghasilkan produk asam dari makanan yang Anda makan (terutama gula) yang dapat merusak gigi dan gusi Anda. Itulah mengapa kita perlu menyikat gigi setidaknya dua kali sehari selama 3 menit untuk menghindari perbanyakan bakteri yang dapat menyebabkan penyakit yang menyakitkan dan, dalam kasus yang parah, kehilangan gigi.

Seperti yang kami sebutkan sebelumnya, usus mengandung bagian terbesar dari mikrobiota manusia. Mikrobiota usus menghasilkan beberapa vitamin yang baik untuk kita, seperti vitamin B12 dan K. Vitamin ini tidak diproduksi oleh sel manusia. Mikrobiota usus juga membantu pencernaan makanan dan melindungi dinding usus dari invasi patogen.

Ada banyak penelitian tentang peran mikrobiota usus. Kami masih mencoba memahami bagaimana mikrobiota manusia berkontribusi terhadap kesehatan dan penyakit. Secara umum, manusia yang sehat memiliki mikrobiota yang seimbang, dengan keragaman bakteri yang tinggi di dalam ususnya. Ini berarti bahwa mereka memiliki campuran berbagai jenis bakteri dengan bentuk, ukuran, fungsi, dan nama yang berbeda. Lebih dari 1.000 jenis bakteri yang berbeda ada di usus manusia! Sebaliknya, ketika hanya terdapat sedikit keragaman bakteri, artinya hanya ada beberapa jenis bakteri di usus, dalam jumlah yang lebih tinggi dari biasanya, penyakit dapat terjadi. Tingkat keragaman yang berbeda dalam bakteri usus mungkin terkait dengan obesitas (keadaan kelebihan berat badan), yang dapat dimulai pada masa kanak-kanak.4 ]. Sebagai contoh, mikrobiota usus yang sehat mencakup dua kelompok utama bakteri yang disebut Firmicutes dan Bacteroidetes, tetapi telah ditunjukkan bahwa, dalam usus orang gemuk, Bacteroidetes hampir tidak ada.

Diketahui bahwa mikrobiota yang sehat (yang berarti mikrobiota dengan keragaman bakteri yang sangat besar, termasuk banyak mikroba yang baik) berkontribusi pada kesehatan kita. Apakah Anda ingin sehat? Maka Anda perlu merawat bakteri usus Anda yang ramah. Bagaimana Anda bisa melakukan itu?

KESIMPULAN

Manusia membutuhkan mikrobiota yang beragam dan seimbang di dalam ususnya agar tetap sehat. Anak-anak atau orang dewasa yang banyak makan gula dan lemak, tetapi tidak sayuran, dan yang tidak memiliki gizi seimbang, cenderung menjadi gemuk atau mengembangkan beberapa penyakit, bahkan di kemudian hari. Jangan minum antibiotik tanpa resep dokter. Selalu makan makanan yang sehat dan seimbang dan jangan pernah lupa untuk memasukkan beberapa warna hijau, oranye, dan merah di piring Anda: buat piring Anda berwarna-warni. Dengan tips ini, Anda akan menjaga mikrobiota Anda sebaik mungkin!

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Kontribusi mikroba untuk makroekologi – Ada ledakan penelitian baru-baru ini dalam bidang ekologi mikroba yang telah didorong, sebagian, oleh perbaikan metodologi yang memungkinkan untuk mengkarakterisasi komunitas mikroba ke tingkat yang tidak terbayangkan hanya beberapa tahun yang lalu. Selain itu, ada peningkatan pengakuan dalam bidang ekologi bahwa mikroorganisme memainkan peran penting dalam kesehatan organisme dan ekosistem.

Kontribusi mikroba untuk makroekologi

hospitalmicrobiome – Terlepas dari perkembangan ini, kesenjangan penting masih tetap ada antara kerangka teoritis makroekologi dan ekologi mikroba. Kami menyoroti dua keanehan mikroorganisme yang mendasar untuk memahami pola makroekologis dan penggerak mekanistiknya.

Baca Juga : Biosfer Mikroba: Studi Eksperimental Fungsi Ekosistem

Pertama, tingkat penyebaran yang tinggi memberikan peluang baru untuk menguji kepentingan relatif dari niche, stokastik, dan proses sejarah dalam penataan komunitas biologis. Kedua, tingkat spesiasi yang tinggi berpotensi mengarah pada konvergensi skala waktu ekologi dan evolusi. Setelah meninjau aspek-aspek unik ini, kami membahas strategi untuk meningkatkan integrasi konseptual mikroba ke dalam makroekologi.

Sebagai contoh, kami membahas penggunaan ekologi filogenetik sebagai pendekatan integratif untuk mengeksplorasi pola di seluruh pohon kehidupan. Kemudian kami mendemonstrasikan bagaimana dua teori umum keanekaragaman hayati (yaitu, teori geometri stokastik yang dikembangkan baru-baru ini dan teori netral) dapat disesuaikan dengan mikroorganisme. Kami menunjukkan bagaimana model konseptual yang mengintegrasikan mekanisme evolusioner dan ekologi dapat berkontribusi pada penyatuan ekologi mikroba dan makroekologi. tingkat spesiasi yang tinggi berpotensi mengarah pada konvergensi skala waktu ekologi dan evolusi. Setelah meninjau aspek-aspek unik ini, kami membahas strategi untuk meningkatkan integrasi konseptual mikroba ke dalam makroekologi. Sebagai contoh, kami membahas penggunaan ekologi filogenetik sebagai pendekatan integratif untuk mengeksplorasi pola di seluruh pohon kehidupan.

Kemudian kami mendemonstrasikan bagaimana dua teori umum keanekaragaman hayati (yaitu, teori geometri stokastik yang dikembangkan baru-baru ini dan teori netral) dapat disesuaikan dengan mikroorganisme. Kami menunjukkan bagaimana model konseptual yang mengintegrasikan mekanisme evolusioner dan ekologi dapat berkontribusi pada penyatuan ekologi mikroba dan makroekologi. tingkat spesiasi yang tinggi berpotensi mengarah pada konvergensi skala waktu ekologi dan evolusi. Setelah meninjau aspek-aspek unik ini, kami membahas strategi untuk meningkatkan integrasi konseptual mikroba ke dalam makroekologi.

Sebagai contoh, kami membahas penggunaan ekologi filogenetik sebagai pendekatan integratif untuk mengeksplorasi pola di seluruh pohon kehidupan. Kemudian kami mendemonstrasikan bagaimana dua teori umum keanekaragaman hayati (yaitu, teori geometri stokastik yang dikembangkan baru-baru ini dan teori netral) dapat disesuaikan dengan mikroorganisme.

Kami menunjukkan bagaimana model konseptual yang mengintegrasikan mekanisme evolusioner dan ekologi dapat berkontribusi pada penyatuan ekologi mikroba dan makroekologi. kami membahas strategi untuk meningkatkan integrasi konseptual mikroba ke dalam makroekologi. Sebagai contoh, kami membahas penggunaan ekologi filogenetik sebagai pendekatan integratif untuk mengeksplorasi pola di seluruh pohon kehidupan.

Kemudian kami mendemonstrasikan bagaimana dua teori umum keanekaragaman hayati (yaitu, teori geometri stokastik yang dikembangkan baru-baru ini dan teori netral) dapat disesuaikan dengan mikroorganisme. Kami menunjukkan bagaimana model konseptual yang mengintegrasikan mekanisme evolusioner dan ekologi dapat berkontribusi pada penyatuan ekologi mikroba dan makroekologi. kami membahas strategi untuk meningkatkan integrasi konseptual mikroba ke dalam makroekologi.

Sebagai contoh, kami membahas penggunaan ekologi filogenetik sebagai pendekatan integratif untuk mengeksplorasi pola di seluruh pohon kehidupan. Kemudian kami mendemonstrasikan bagaimana dua teori umum keanekaragaman hayati (yaitu, teori geometri stokastik yang dikembangkan baru-baru ini dan teori netral) dapat disesuaikan dengan mikroorganisme.

Kami menunjukkan bagaimana model konseptual yang mengintegrasikan mekanisme evolusioner dan ekologi dapat berkontribusi pada penyatuan ekologi mikroba dan makroekologi. teori geometri stokastik dan teori netral yang baru-baru ini dikembangkan) dapat disesuaikan dengan mikroorganisme. Kami menunjukkan bagaimana model konseptual yang mengintegrasikan mekanisme evolusioner dan ekologi dapat berkontribusi pada penyatuan ekologi mikroba dan makroekologi. teori geometri stokastik dan teori netral yang baru-baru ini dikembangkan) dapat disesuaikan dengan mikroorganisme. Kami menunjukkan bagaimana model konseptual yang mengintegrasikan mekanisme evolusioner dan ekologi dapat berkontribusi pada penyatuan ekologi mikroba dan makroekologi.

Menuju Makroekologi yang Melintasi Pohon Kehidupan

Spesies Tidak Independen

Garis keturunan bakteri dan archaeal dipisahkan oleh jutaan tahun waktu evolusi. Misalnya, domain Bakteri diperkirakan berusia sekitar 3,5 miliar tahun ( Schopf dan Packer, 1987 ), lebih dari tiga puluh kali lebih tua dari nenek moyang semua burung ( Padian dan Chiappe, 1998 ). Dengan demikian, jumlah diversifikasi evolusioner yang telah terjadi dalam domain bakteri akan jauh melebihi apa yang ditemukan dalam kelompok taksa tumbuhan atau hewan. Diversifikasi ini terbukti dalam keragaman metabolisme bakteri yang menakjubkan; sementara hampir semua tanaman memiliki persyaratan yang sama untuk pertumbuhan, kisaran strategi metabolisme yang digunakan oleh bakteri jauh lebih luas ( Kluyver dan van Niel, 1956 ).

Spesies bukanlah entitas independen, tetapi kesamaan fungsional dan ekologisnya dibentuk oleh pola nenek moyang yang sama ( Felsenstein, 1985 ). Dalam dunia hipotetis di mana evolusi berlangsung cepat, dan di mana setiap garis keturunan tidak dibatasi oleh batasan penyebaran, komunitas di lingkungan yang serupa juga akan serupa. Namun, evolusi sering dibatasi dan garis keturunan cenderung dibatasi dalam distribusi geografisnya ( Losos, 1996 ). Untuk menjelaskan non-kemerdekaan spesies, satu set alat filogenetik baru-baru ini dikembangkan yang bertujuan untuk menjembatani kesenjangan antara analisis evolusioner dan ekologi (lihat ulasan terbaru di Cavender-Bares et al., 2009). Dengan demikian, ahli ekologi dapat menggunakan metode filogenetik tersebut untuk menentukan: (i) di mana sebagian besar keanekaragaman hayati terakumulasi ( Iman, 1992 ) dan bagaimana struktur intrinsiknya ( Webb, 2000 ), dan (ii) bagaimana kesamaan komunitas filogenetik didistribusikan di sepanjang lingkungan. gradien ( Lozupone dan Knight, 2005 ).

Sebagai contoh, telah ditunjukkan untuk bakteri dan archaea bahwa tanah, bahkan dengan keragaman taksonomi yang tinggi, cenderung kurang beragam secara filogenetik daripada habitat lain seperti sedimen laut dan salinitas adalah pendorong utama pola komunitas filogenetik pada skala global ( Lozupone dan Knight, 2007 ; Auguet et al., 2010). Dengan demikian, menggabungkan informasi filogenetik ke dalam makroekologi berguna karena memungkinkan pertanyaan ekologi untuk ditangani dalam konteks evolusioner, rangkaian proses umum yang pada akhirnya membentuk semua keanekaragaman hayati.

Transisi Makroekologi Utama dalam Geometri Stokastik?

Masih belum pasti apakah sel bakteri dan archaeal menunjukkan pola makroekologi yang berbeda dari yang biasa diamati untuk eukariota multiseluler yang telah menjadi fokus dari hampir semua penelitian makroekologi. Secara umum, pola serupa telah didokumentasikan untuk organisme bakteri, archaeal, dan eukariotik ( Soininen, 2012 ). Namun demikian, beberapa perbedaan penting telah dilaporkan untuk komunitas mikroba: distribusi kelimpahan spesies cenderung memiliki taksa yang lebih langka (yaitu, ekor yang lebih panjang, seperti disebutkan di atas; Curtis et al., 2006 ), hubungan spesies-area memiliki kemiringan yang lebih rendah ( nilai- z ; Horner-Devine et al., 2004 ; Lennon dan Jones, 2011), dan penurunan kesamaan komunitas dengan jarak spasial lebih rendah ( Hanson et al., 2012 ; Soininen, 2012 ).

Selain itu, sejumlah pola ekologi klasik menunjukkan perbedaan mencolok: gradien kekayaan latitudinal tampaknya tidak ada di lingkungan laut atau tanah ( Ladau et al., 2013 ), dan gradien kekayaan elevasi jarang diamati untuk mikroorganisme ( Fierer et al., 2011 ). Seringkali, pola serupa muncul ketika mekanisme serupa beroperasi, sementara pola yang berbeda dapat disebabkan oleh mekanisme yang berbeda atau mekanisme yang sama yang beroperasi pada skala spasial, temporal, atau taksonomi yang berbeda ( Levin, 1992 ).).

Misalnya, meskipun peningkatan umum dalam tingkat metabolisme dengan massa tubuh telah secara konsisten diamati di seluruh pohon kehidupan, hubungan ini telah dihipotesiskan menjadi fungsi ukuran genom pada prokariota dan fungsi ukuran tubuh pada tumbuhan dan hewan; perbedaan yang dapat berkontribusi pada hubungan penskalaan yang berbeda yang diamati untuk kelompok organisme ini ( DeLong et al., 2010 ).

Baru-baru ini, McGill (2010) menunjukkan bahwa sebagian besar prediksi tentang pola makroekologi dapat dihasilkan oleh tiga aturan sederhana mengenai penempatan acak organisme dalam ruang (yaitu, geometri stokastik): (i) individu dalam suatu spesies cenderung mengelompok secara spasial, (ii ) kelimpahan antar spesies bervariasi (banyak spesies langka dan sedikit yang umum), dan (iii) distribusi spasial individu dari satu spesies tidak bergantung pada distribusi spesies lain (yaitu, interaksi spesies tidak ada). Meskipun dua asumsi pertama tampak lebih masuk akal daripada yang ketiga, kemandirian spasial interspesifik mungkin memang merupakan perkiraan statistik yang baik dalam komunitas yang kaya spesies ( Wiegand et al., 2012 ).

Gambar 2menunjukkan hasil simulasi dari model geometri stokastik ( McGill, 2010 ) yang diterapkan pada makroorganisme dan mikroorganisme. Semua sama, kecenderungan mikroba untuk memiliki kemampuan penyebaran yang lebih besar dibandingkan dengan makroorganisme (diwakili sebagai distribusi spasial yang lebih besar pada Gambar 2 kiri bawah) cukup untuk mereproduksi perbedaan yang disebutkan di atas yang dilaporkan untuk bentuk distribusi kelimpahan spesies, hubungan spesies-area dan penurunan kesamaan komunitas dengan jarak (lihat Gambar 2untuk rincian). Latihan pemodelan sederhana ini menunjukkan bahwa menggabungkan keistimewaan mikroba yang disebutkan di atas (dalam hal ini, dispersibilitas tinggi) ke model makroekologi yang ada dapat menghasilkan beberapa perbedaan dalam pola komunitas antara mikro dan makroorganisme yang diamati di lingkungan.

Model Netral Konseptual untuk Mikroorganisme

Teori netral keanekaragaman hayati menganggap komunitas sebagai kumpulan spesies yang setara secara ekologis dan terbuka, dengan kelimpahan taksa individu dalam komunitas yang sebagian besar diatur oleh spesiasi acak dan peristiwa kepunahan, penyebaran dan pergeseran ekologis ( Hubbell, 2001 ). Penerbitan buku Hubbell kontroversial di kalangan ahli ekologi karena banyak asumsi yang dianggap tidak realistis atau setidaknya tidak konsisten dengan apa yang diketahui tentang sejarah alam banyak organisme ( Alonso et al., 2006).). Aspek yang paling dikritik dari teori Hubbell adalah asumsi netralitas.

Dalam model Hubbell, semua individu dari spesies yang berbeda dalam suatu komunitas benar-benar setara dalam kemungkinan reproduksi dan kematiannya. Dalam kerangka netralnya, perbedaan yang diketahui dan jelas antara spesies tidak relevan untuk prediksi pola skala besar. Anehnya, teori netral memprediksi distribusi kelimpahan spesies yang diamati, hubungan spesies-area, dan pola kesamaan komunitas dengan jarak ( Hubbell, 2001 ). Komunitas mungkin tampak netral karena mereka kompleks (yaitu, kesetaraan dapat terjadi dari proses non-netral dengan rata-rata statistik; Pueyo et al., 2007 ) dengan pola yang muncul dari proses statistik kausalitas yang rumit ( Maurer, 1999 ).). Dengan demikian, teori netral menyerupai teori kinetik gas: ini adalah teori ideal (yaitu, baik gas ideal maupun komunitas netral murni tidak ada) yang tidak selalu merangkum rincian realitas yang berantakan ( Alonso et al., 2006 ).

Seperti yang awalnya dirumuskan oleh Hubbell, teori netral mungkin tampak tidak memuaskan bagi ahli ekologi mikroba (meskipun model netral telah diterapkan pada komunitas mikroba; Sloan et al., 2006 ) karena keistimewaan komunitas mikroba (yaitu, dispersibilitas tinggi dan spesiasi tinggi; Lihat di atas). Di sini, kami mengusulkan bahwa teori netral terpadu yang terdiri dari dua model diperlukan untuk mencakup seluruh keanekaragaman hayati yang ditemukan di komunitas makrobial dan mikroba (lihat Gambar 3 untuk ringkasan konseptual). Bagaimana kita mengintegrasikan kapasitas yang tampaknya tinggi untuk penyebaran bakteri dan archaeal ke dalam model dinamika komunitas? Dalam model konseptual yang dimodifikasi untuk komunitas mikroba (Gambar 3), skala regional sering diabaikan karena dispersibilitas mikroba yang tinggi, dan skala global lebih dominan. Dalam formulasi model netral Hubbell untuk makroorganisme ( Hubbell, 2001 ), skala lokal dan regional dihubungkan melalui migrasi searah (yaitu, kolonisasi dari kumpulan regional ke komunitas lokal).

Sebaliknya, dalam model mikroba, organisme dibiarkan menyebar jarak jauh dan dengan demikian, menjadi bagian dari kumpulan global (yaitu, biosfer langka atau bank benih; Lennon dan Jones, 2011) sebagai akibat dari dispersibilitas dan dormansi yang tinggi. Oleh karena itu, individu dapat keluar dari komunitas lokal melalui kematian yang memicu kepunahan lokal, atau dengan penyebaran jarak jauh yang membentuk bagian dari kumpulan global. Karena tidak semua taksa mikroba memiliki kapasitas yang sama untuk penyebaran dan dormansi, kumpulan regional mungkin masih ada tetapi pada skala spasial yang lebih kecil. Bagaimana kita bisa mengintegrasikan tingkat spesiasi mikroba yang berpotensi tinggi ke dalam model komunitas? Dalam model konseptual untuk mikroorganisme, spesiasi terjadi pada skala lokal daripada skala regional (Gambar 3 ). Selain itu, konsep spesies bermasalah untuk mikroorganisme aseksual mungkin menyarankan memperlakukan spesiasi sebagai proses berkelanjutan daripada sebagai proses diskrit ( Rossello-Mora dan Amann, 2001).). Dalam formulasi Hubbell, setiap individu memiliki probabilitas tetap untuk berspesiasi (yaitu, spesiasi mutasi titik; Hubbell, 2001 ). Untuk mengatasi skenario yang tidak realistis ini, Rosindell et al. (2010) mengembangkan model spesiasi berlarut-larut. Proses spesiasi ini tidak instan, seperti dalam formulasi asli Hubbell, tetapi bertahap (yaitu, dibutuhkan waktu untuk spesies yang baru mulai dikenali sebagai baru). Spesiasi yang berkepanjangan telah mampu membuat prediksi realistis tentang jumlah spesies langka, masa hidup spesies, dan tingkat spesiasi ( Rosindell et al., 2010 ) dan mungkin sangat berguna ketika mencoba memasukkan spesiasi mikroba ke dalam model komunitas.

Berlawanan dengan teori netral, teori niche menyatakan bahwa setiap spesies memiliki seperangkat sifat unik yang memungkinkan adaptasi terhadap kondisi lingkungan abiotik dan biotik ( Hutchinson, 1957 ). Mengukur sifat sangat penting untuk membedakan antara proses ekologi dan evolusi yang berbeda mengingat bahwa spesies sebagian besar berinteraksi dalam komunitas berdasarkan sifat mereka, dan sifat cenderung mencerminkan sejarah evolusi spesies. Pendekatan berbasis sifat akan memungkinkan kita untuk menilai bagaimana dan mengapa komunitas alami berangkat dari prediksi berdasarkan model netral yang tidak mempertimbangkan mekanisme organisme berinteraksi satu sama lain dan lingkungannya ( Shipley et al., 2006 ).

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Biosfer Mikroba: Studi Eksperimental Fungsi Ekosistem – Tes asam dari pemahaman kita bukanlah apakah kita dapat mengambil ekosistem menjadi potongan-potongan kecil di atas kertas, betapapun ilmiahnya, tetapi apakah kita dapat menggabungkannya dalam praktik dan membuatnya bekerja.

Biosfer Mikroba: Studi Eksperimental Fungsi Ekosistem

hospitalmicrobiome – Studi tentang sistem tertutup telah lama memesona para ahli biologi. Contoh awal adalah akuarium Warington yang, pada tahun 1851, mencapai “keseimbangan mengagumkan yang berkelanjutan antara kerajaan hewan dan tumbuhan” dan mengilhami Justus von Liebig untuk menciptakan “Dunia dalam toples” ( Liebigsche Welt im Glase ).

Perintis yang lebih baru dari sistem tertutup material adalah Folsome dan Hanson , yang mencapai stabilitas beberapa tahun dalam sistem laboratorium berdasarkan organisme air kolam. Contoh spektakuler lainnya adalah proyek Biosphere-2, sebuah eksperimen untuk menciptakan lingkungan yang mandiri bagi manusia dengan menciptakan kembali ekosistem planet dalam miniatur.

Ciri umum dari sistem ini adalah bahwa mereka tertutup secara material tetapi energi terbuka dalam energi cahaya yang memasuki sistem, tetapi pertukaran materi dengan lingkungan tidak diizinkan; hanya kehilangan panas yang diperbolehkan.

Saat ini, studi tentang sistem tertutup sepenuhnya jarang dilakukan dan hanya memainkan peran kecil dalam literatur ekologi. Bahkan beberapa dekade lalu, Taub dalam ulasannya menyayangkan bahwa sistem tertutup hampir tidak pernah digunakan dalam eksperimen ekologi. Memang, beberapa contoh komunitas mandiri yang lebih baru telah dikembangkan oleh ahli biofisika dengan minat pada stokastisitas proses populasi. Mungkin ada banyak alasan untuk kurangnya minat pada sistem tertutup.

Baca Juga : Mikroba Harus Menjadi Pusat Pendidikan dan Penjangkauan Ekologi 

Sebagian besar literatur tentang sistem materi-tertutup telah menjadi bidang khusus, sangat terkait tidak dengan pemahaman fungsi ekosistem di alam tetapi dengan sistem pendukung kehidupan rekayasa untuk perjalanan ruang angkasa atau proyek besar untuk keberlanjutan diri manusia di ruang tertutup.

Sementara studi tentang sistem pendukung kehidupan sangat penting untuk perjalanan ruang angkasa di masa depan, dalam artikel ini kami berpendapat bahwa penting untuk membebaskan alasan utama untuk studi ekosistem tertutup dari domain terbatas ini.

Dalam ekologi populasi dan komunitas, ada juga fokus dari studi sistem lokal menuju ide-ide nonequilibrium yang dikemas dalam konsep, seperti komunitas meta dan koalesensi komunitas, di mana ada pertukaran spesies dan materi antara habitat lokal.

Oleh karena itu, studi tentang sistem tertutup secara material tampaknya bertentangan dengan konsep-konsep yang berpengaruh dalam teori ekologi modern. Namun demikian, banyak umpan balik dan interaksi dalam sistem mikroba sangat lokal.

Misalnya, di habitat mikroba biofilm atau agregat tanah, produk metabolisme lokal, termasuk gas, tidak mudah ditukar dengan matriks sekitarnya karena keterbatasan yang kuat pada difusi. Tanda tangan ekstrim dari ini adalah bahwa interior agregat tanah cenderung anaerobik. Dalam biofilm, konsorsium mikroba juga mengalami lingkungan yang sangat terlokalisasi .

Studi eksperimental sistem tertutup secara material dengan komponen biotik dan abiotik yang diketahui dan ditentukan memiliki potensi untuk menjawab pertanyaan penting dan mendasar dalam biologi. Sistem tertutup awal adalah kompleks dan tidak terdefinisi (misalnya, menggunakan air kolam yang tidak steril) dan sering kali direplikasi dengan buruk, dan keadaan awal dan hasil mereka sulit untuk diukur bahkan dalam hal komposisi spesies. Berbeda dengan studi tentang sistem yang sepenuhnya tertutup, eksperimen mikrokosmos terus memainkan peran utama dalam ekologi dan evolusi mikroba, termasuk desain klasik, seperti chemostat, kolom Winogradsky, bioreaktor batch, atau jangka panjang. percobaan transfer serial. Pada desain inilah kami membayangkan menambahkan sistem yang sepenuhnya tertutup.

Sistem seperti itu mencakup dimensi unik di mana cahaya biasanya merupakan satu-satunya sumber energi, dan hanya kehilangan panas disipatif yang diperbolehkan; mereka benar-benar tertutup. Oleh karena itu, mereka sangat penting untuk memahami proses ekosistem, seperti siklus nutrisi, di mana umpan balik kuantitatif dan dinamis untuk mendukung kehidupan tidak dapat dihubung singkat. Sistem tertutup seperti itu kemungkinan besar paling mudah dikendalikan oleh mikroorganisme, dan oleh karena itu, kami menggunakan istilah kolektif “biosfer mikroba” untuk pendekatan ini, tetapi desain dapat mencakup protozoa, nematoda, atau bahkan Drosophila sebagai pertanyaan yang mungkin diminta.

Keuntungan utama dari sistem mikroba adalah bahwa mereka dapat sangat direplikasi dan dipelihara selama bertahun-tahun dengan sedikit usaha. Secara historis, hampir semua sistem yang sangat direplikasi diselidiki telah relatif kecil dan perairan , tetapi substrat padat akan menawarkan kesempatan untuk memeriksa aspek struktur spasial. Kemungkinan, sistem seperti itu akan diunggulkan dengan strain dan substrat yang diketahui, diinkubasi dalam kondisi yang ditentukan, dan sejauh mungkin, dilengkapi dengan sensor dan port pengambilan sampel. Pengambilan sampel mungkin melanggar penutupan sistem, tetapi ini juga dapat dielakkan dengan mereplikasi sistem tersebut dan mengambil sampel secara destruktif pada interval yang telah ditentukan. Ada contoh pendekatan ini tetapi tidak pada skala yang sekarang dimungkinkan oleh robotika untuk menyiapkan dan menyemai sejumlah besar sistem ulangan .

Pendekatan yang melibatkan ekosistem tertutup cenderung sangat beragam, karena mereka harus didorong oleh pertanyaan dan dapat diintegrasikan dengan dan didukung oleh eksperimen mikrokosmos lainnya. Kami membayangkan biosfer mikroba sebagai area penyelidikan di persimpangan berbagai disiplin ilmu yang mapan, termasuk ekologi komunitas, evolusi eksperimental, ekologi ekosistem, dan rekayasa sistem pendukung kehidupan. Studi tentang sistem tertutup semacam itu juga mendapat tempat dalam pengajaran ekologi. Satu tantangan sederhana “bagaimana Anda akan membangun ekosistem yang mandiri?” langsung memperkenalkan siswa pada prinsip-prinsip dasar ekologi dan menjaga perhatian tentang planet kita di titik pusat.

Satu Spesies Satu Ekosistem?

Untuk menyoroti nilai potensial dari mempelajari sistem tertutup, pada awalnya kami mengajukan pertanyaan sederhana tentang berapa banyak spesies yang diperlukan dalam sistem seperti itu untuk menunjukkan tingkat ketekunan yang wajar. Bisakah satu spesies saja (satu autotrof, misalnya) bertahan dalam sistem seperti itu? Inilah yang mungkin disebut hipotesis “satu spesies-satu ekosistem”.

Sepengetahuan kami, pertanyaan sederhana seperti itu tampaknya tidak pernah ditanyakan, meskipun “ekosistem satu spesies” telah dikemukakan. Dengan demikian, Chivian et al. menganalisis protein yang dikodekan dan fungsinya dalam bakteri kemoautotrofik pereduksi sulfat Desulforudis audaxviator . Mereka secara tentatif menyarankan bahwa ia memiliki “seluruh komponen biologis dari ekosistem sederhana dalam satu genom”, termasuk heterotrofi dan daur ulang sel-sel mati. Apakah ekosistem satu spesies mungkin?

Beberapa pertimbangan ekologi yang sederhana dan jelas dari sistem tertutup dengan satu spesies autotrof menggambarkan kondisi di mana ini mungkin masuk akal. Pertama, sumber daya yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan reproduksi harus dapat didaur ulang. Kedua, sumber daya tersebut tidak dapat masuk ke dalam kumpulan yang “tidak tersedia” (sepenuhnya diasingkan); jika tidak, sumber daya akhirnya turun ke nol, dan sistem tidak dapat lagi mempertahankan kehidupan.

Sederhana, teori terkenal membantu menggambarkan masalah ini. Pertimbangkan N individu dari suatu spesies dan satu sumber daya R. Misalkan c 1 adalah laju penyerapan sumber daya dan c 2 adalah laju pelepasan kembali sumber daya dari organisme ke lingkungan melalui dekomposisi (misalnya, individu mati). Membiarkanb menjadi tingkat konversi sumber daya menjadi keturunan dan d menjadi tingkat kematian. Kemudian, laju perubahan 2 komponen ini diberikan oleh

• dN / dt =bc1R N d _  N .[1a]
• dR / dt =_c1R N + c2d N .[1b]

Dalam sistem seperti itu, untuk peningkatan populasi, R harus lebih besar dari d / bc 1 (yaitu, jumlah sumber daya awal minimum diperlukan agar sistem berfungsi). Persamaan ini, analog dengan model pemangsa-mangsa Lotka–Volterra, memprediksi “siklus batas netral” sedemikian rupa sehingga sumber daya dan kelimpahan populasi berosilasi, akhirnya (dengan variasi kebetulan) mengarah ke R di bawah ambang batas ketika sistem mati.
Namun, sistem seperti itu dapat distabilkan dalam beberapa cara. Misalnya, jika cahaya yang mencapai setiap individu berkurang seiring pertumbuhan populasi (misalnya, dengan naungan sendiri), maka modifikasi Persamaan. 1 , kita dapatkan

di mana L adalah input cahaya dan c 3 N adalah penurunannya dengan ukuran populasi. Ini pada dasarnya adalah model klasik pertumbuhan penduduk di bawah sumber daya yang terbatas tetapi dengan kembalinya sumber daya ke kumpulan yang tersedia. Sistem seperti itu juga menggambarkan pentingnya dinamika pengurai dalam siklus ekosistem, seperti sekarang keseimbangan R dan N meningkat dengan meningkatnya tingkat pengembalian, c 2, bahan mati ke kolam pengurai.

Asumsi dari contoh-contoh ini adalah bahwa organisme memiliki kapasitas enzimatik untuk mencerna ekskretorisnya sendiri atau bahan mati, dan sementara ini telah disarankan dalam kasus Desulforudis, mungkin tidak biasa mengingat tingginya tingkat spesialisasi di sebagian besar autotrof. Namun, banyak autotrof memiliki beberapa kemampuan heterotrof , dan bahkan mikroba autotrof klasik, seperti cyanobacteria, memiliki aktivitas metabolisme alternatif yang telah dideteksi melalui interpretasi fungsional data genom .

Kami memberikan contoh teoretis ini bukan untuk membuktikan bahwa mereka bekerja di alam tetapi untuk menunjukkan bahwa, bahkan untuk ekosistem dunia nyata yang paling sederhana, kami tidak mengetahui jumlah dan jenis spesies yang diperlukan untuk kegigihan sistem. Persamaan yang kami sajikan juga menekankan bahwa, bahkan dalam ekosistem yang paling sederhana, menentukan alasan kegigihan mungkin tidak intuitif dan tentu saja tidak dapat dijelaskan secara berguna dengan generalisasi, seperti kemampuan untuk mendaur ulang sumber daya atau keanekaragaman hayati. Bahkan jika pengurai termasuk dalam sistem, dapatkah sumber daya didaur ulang secara memadai dan lengkap? Jika mereka memasuki kolam “tidak tersedia” apa pun, bahkan dengan kecepatan lambat, sistem pada akhirnya akan gagal (dalam arti bahwa tidak ada organisme hidup yang akan bertahan). Dalam beberapa eksperimen sistem tertutup terpanjang (multigenerasi) yang dilakukan hingga saat ini , kelimpahan organisme menunjukkan penurunan yang stabil selama beberapa bulan. Kami tidak tahu apakah penurunan tersebut merupakan tipikal dari sistem tertutup atau bagaimana mereka dapat dielakkan.

Pendekatan Metodologis

Studi awal biosfer biasanya menggunakan komunitas kompleks dan tidak terdefinisi yang dirancang untuk meniru lingkungan alami, tetapi ketidaktahuan tentang komposisi spesies dan parameter terukur yang jelas membatasi interpretasi hasil. Perubahan paling penting yang sekarang membuat studi tentang sistem self-enclosed menarik adalah bahwa mereka menjadi sangat layak karena kemajuan dalam pengurutan throughput tinggi, teknologi sensor, dan robotika.

Pengurutan throughput tinggi telah membuka pintu besar karena kami sekarang dapat memantau perubahan komposisi komunitas mikroba dari waktu ke waktu menggunakan berbagai alat yang tidak tersedia untuk pionir sistem tertutup awal (misalnya, barcode, transkriptomik, proteomik, PCR kuantitatif). Alat tersebut dapat digunakan untuk mempelajari perubahan komposisi spesies atau untuk mengkonfirmasi komposisi spesies dan yang terpenting, mengidentifikasi kontaminasi. Mereka dapat digunakan untuk mempelajari perubahan genetik dalam spesies, terutama pada mikroorganisme seperti bakteri di mana perubahan dapat semakin ditafsirkan untuk fungsi metabolisme dan fenotipe.

Kemajuan dalam teknologi sensor, khususnya sensor kimia optik, kini menyediakan pemantauan tak rusak dari status sistem, dengan miniaturisasi progresif, sensitivitas, dan pengurangan biaya. Kemajuan dalam deteksi tidak terbatas pada komponen lingkungan tetapi juga mencakup pemantauan biologis in situ, beberapa yang paling mencolok adalah penggunaan fluoresensi galur yang dimodifikasi secara genetik untuk mendeteksi perubahan kelimpahan organisme in situ.

Robotika sekarang dapat menghasilkan beberapa budaya ulangan, dan sementara kita tahu tidak ada penerapan ini pada sistem tertutup, pendekatan robotik semacam itu sekarang memungkinkan studi proses dalam mikrokosmos eksperimental dalam skala besar dan dengan ribuan ulangan. Tak satu pun dari pendekatan ini sederhana, dan mereka akan terus menantang kecerdikan kita. Namun, ada perbedaan generasi antara apa yang mungkin sekarang dan apa yang tersedia pada masa perintis biosfer awal.

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Mikroba Harus Menjadi Pusat Pendidikan dan Penjangkauan Ekologi – Planet kita berubah dengan cepat, dan menanggapi tantangan lingkungan berikutnya akan membutuhkan warga negara yang terinformasi yang dapat memahami kompleksitas yang melekat pada sistem ekologi.

Mikroba Harus Menjadi Pusat Pendidikan dan Penjangkauan Ekologi

hospitalmicrobiome – Namun, mikroorganisme biasanya diabaikan dalam narasi yang kita gunakan untuk memahami alam. Di sini, kami menganjurkan untuk memasukkan ekologi mikroba di seluruh tingkat pendidikan dan menggambarkan manfaat yang sering diabaikan dari memasukkan mikroba ke dalam kurikulum ekologi.

Baca Juga : Keragaman Jamur-bakteri dan Kompleksitas Mikrobioma Memprediksi Fungsi Ekosistem

Kami memberikan contoh di seluruh tingkat pendidikan, dari sekolah menengah (dengan mempertimbangkan diri sendiri sebagai ekosistem mikroba), hingga pendidikan tinggi (dengan menggabungkan pengetahuan kami tentang peran ekologi global dan aplikasi medis mikroba), hingga masyarakat umum (dengan keterlibatan melalui warga -proyek sains).

SEKOLAH DASAR DAN MENENGAH: JELAJAHI MIKROBIOME ANDA

Anak-anak tidak dapat menggambar mikroorganisme ( 41 ), dan mereka biasanya salah menggambarkan ukuran dan karakteristik morfologi mikroba ( 32 ). Misalnya, anak-anak sering memiliki kesan yang salah bahwa virus lebih besar dari bakteri ( 27 ), atau bahwa sel mikroba lebih kecil dari protein ( 16 ). Kesalahpahaman anak usia dini tentang mikroba ini tidak hanya terbatas pada morfologi atau ukurannya, tetapi juga meluas ke peran mereka di alam. Banyak penelitian di ruang kelas telah menunjukkan bahwa untuk anak-anak dari segala usia, mikroba secara eksklusif dikaitkan dengan penyakit dan kekurangan dalam kebersihan ( 10 , 19 , 27). Hal ini tampaknya masuk akal dan mencerminkan sejarah mikrobiologi yang dipandu oleh masalah praktis seperti masalah kesehatan dan pembusukan makanan. Menariknya, meskipun siswa mengakui bahwa kuman ada di mana-mana ( 27 ), mereka memiliki gambaran yang tidak lengkap tentang hubungan timbal balik antara makro dan mikroorganisme. Misalnya, siswa muda menganggap mikroba sebagai masalah manusia, daripada melihat mikroorganisme sebagai salah satu dari banyak organisme dalam ekosistem, atau sebagai patogen atau simbion bagi organisme lain ( 19 , 27 ). Secara umum, siswa menganggap manusia sebagai pusat ekosistem daripada salah satu anggota yang saling bergantung dengan organisme lain seperti mikroba ( 26 , 40 ).

Penelitian terbaru di bidang ekologi mikroba telah menekankan betapa tak terhindarkan dan kelirunya kesalahpahaman tentang mikroba ini. Studi tentang mikrobioma manusia (yaitu, komunitas mikroba yang berhubungan dengan manusia) telah menantang konsepsi standar tentang apa itu tubuh manusia, dan telah mengubah konsep “kuman” dari patogen yang sangat berbahaya menjadi gagasan yang lebih bernuansa bahwa sebagian besar mikroba tidak berbahaya atau bahkan tidak berbahaya. bermanfaat bagi kesehatan manusia. Faktanya, tubuh manusia dan komunitas mikroba terkaitnya sekarang dipelajari menggunakan pendekatan ekologi). Kami percaya bahwa pendekatan yang berharga, tetapi kurang dimanfaatkan, untuk mengajar anak-anak tentang kompleksitas dan seluk-beluk ekosistem adalah dengan melibatkan minat anak-anak pada mikroba dengan menyoroti relevansinya dan hubungannya dengan organisme lain di lingkungan sehari-hari: tubuh mereka sendiri, hewan peliharaan, taman, dan rumah.

Telah diusulkan bahwa pendidikan ekologi dan lingkungan harus menekankan diri untuk melibatkan siswa ( 28 ). Apa cara yang lebih baik untuk mencapai ini selain dengan menunjukkan kepada anak-anak bahwa tubuh mereka mewakili seluruh ekosistem? Ini dapat dicapai tidak hanya melalui cerita naratif, tetapi juga melalui kegiatan langsung, termasuk yang disusun oleh American Society for Microbiology ( www.asm.org/index.php/k-12-teachers). Misalnya, dengan menyeka mulut mereka dan menumbuhkan bakteri pada cawan petri, anak-anak dapat melakukan perjalanan kembali ke masa lalu dan mengalami kekaguman yang sama seperti yang dirasakan Antonie van Leeuwenhoek ketika dia pertama kali mengamati bakteri dari giginya sendiri di bawah mikroskop lebih dari 300 tahun yang lalu ( 24 ) . Selama kegiatan kelas ini, guru harus berhati-hati untuk mengikuti protokol yang ditetapkan, misalnya, menyegel cawan petri atau berbagi gambar alih-alih piring media ( 9 , 18 ). Kegiatan seperti itu tidak hanya membuat ekosistem mikroba relevan secara pribadi, tetapi juga memungkinkan yang tidak terlihat dan abstrak untuk dilihat ( 52 ) dan dibaui—menghasilkan pelatihan multisensori, yang lebih efektif dalam pembentukan memori dan ingatan ).

Mengingat kesalahpahaman yang disebutkan di atas yang sering dimiliki anak-anak mengenai biologi dan peran ekologi mikroba, sekolah harus membantu menumbuhkan selera bawaan anak-anak untuk terlibat dengan alam dengan menekankan bahwa “alam” dan komunitas kompleks yang umum di alam dapat ditemukan di kulit mereka, di mulut mereka, dan di perut mereka.

OPINI PUBLIK: MARI BICARA TENTANG MIKROBA

Pendidikan tidak berhenti setelah lulus. Dalam demokrasi liberal di mana inovasi teknologi memainkan peran kunci, warga harus mampu membuat keputusan berdasarkan informasi tentang isu-isu ilmiah yang sering tidak pasti, yang tunduk pada interpretasi dari perspektif yang berbeda, dan yang bahkan mungkin berbenturan dengan nilai-nilai publik dan pandangan dunia ( 21 , 29 ). Tidak dapat disangkal, pandangan kita tentang hubungan antara manusia dan alam menentukan sikap yang kita kembangkan dan kebijakan lingkungan yang kita adopsi. Saat ini, mikroba sebagian besar hilang dari konseptualisasi kita tentang alam, dan dengan demikian dari pandangan kita tentang hubungan ini.

Contoh terbaik dari kebijakan lingkungan yang menjadi bahan perdebatan dan polarisasi adalah persepsi risiko yang terkait dengan perubahan iklim ( 30 ). Kami percaya bahwa ekologi mikroba dapat membantu mendidik masyarakat tentang ketidakpastian yang melekat dalam perdebatan iklim dan ekologi. Karena sifatnya yang “tidak terlihat”, mikroba adalah entitas abstrak meskipun kita tahu bahwa mereka memainkan peran kunci dalam mempertahankan layanan ekosistem skala global seperti penyerapan karbon, dekomposisi, daur ulang nutrisi, dan pemurnian air.

Jadi, kita perlu memasukkan mikroba dengan lebih baik ke dalam kerangka naratif kita tentang alam. Kita sudah tahu bahwa penyakit menular mikroba memiliki dampak ekonomi yang besar dengan secara langsung mempengaruhi perdagangan dan perdagangan), tetapi masih ada kesenjangan besar dalam pemahaman kita tentang bagaimana modifikasi siklus biogeokimia global yang dimediasi oleh mikroba dapat berdampak pada ekosistem. Misalnya, suhu yang lebih hangat dapat mempercepat dekomposisi mikroba dari sejumlah besar karbon organik yang saat ini disimpan di tanah permafrost, tetapi besaran dan arah umpan balik iklim ini dari ekosistem darat ke atmosfer tetap belum terselesaikan.

Sebagai ilmuwan yang sering bergantung secara finansial pada pembayar pajak untuk dukungan penelitian, kita perlu memastikan bahwa publik menghargai nilai investasi mereka dalam penelitian. Apresiasi tersebut dapat datang melalui pendidikan dan penjangkauan publik. Keterlibatan ilmiah dengan orang dewasa sama integralnya dengan siswa yang lebih muda, tetapi menghadirkan tantangan yang unik. Tidak seperti siswa sekolah menengah atau sarjana, masyarakat umum bukanlah penonton yang tertawan. Salah satu cara untuk memotivasi masyarakat umum untuk belajar tentang sains adalah dengan memberikan publik kepemilikan pribadi atas penelitian, atau dengan secara khusus menyebarluaskan hasil penelitian secara langsung kepada mereka, daripada secara eksklusif melalui produksi artikel jurnal yang biasanya gagal menjangkau khalayak luas. bukan ilmuwan.31 , 49 ).

Namun, penggunaan ilmuwan warga dalam studi mikroba telah tertinggal (Tabel 1), dan ini terlepas dari fakta bahwa mikroba ada di mana-mana: tinggal di dalam rumah, bepergian di kereta bawah tanah, dan tinggal di tanah taman metropolitan. Sebagai contoh baru-baru ini, para peneliti dapat memetakan distribusi mikroba di udara menggunakan debu yang dikumpulkan oleh ilmuwan warga dari trim pintu rumah mereka, dan juga mempelajari keberadaan mikroba yang berbeda di wilayah metropolitan New York City  . Karena semakin banyak orang pindah ke daerah perkotaan, kita harus belajar tentang organisme yang kita hidupi.

Upaya pendidikan masyarakat umum yang telah kami uraikan di sini akan secara bersamaan memberikan manfaat bagi para peneliti dalam hal menghasilkan lebih banyak data dan meningkatkan kemungkinan mendapatkan dana, sementara juga bermanfaat bagi masyarakat melalui materi penjangkauan terkait. Sebagai warga mengambil kepemilikan penelitian, mereka akan memiliki investasi yang lebih besar dalam wacana mikroba. Upaya penjangkauan publik seperti penggalian data crowdsourced, upaya sains warga, dan bahkan “gamifikasi” analisis untuk mendorong partisipasi warga menunjukkan hasil yang menjanjikan di seluruh bidang ilmiah dalam hal peningkatan literasi sains. Kami berharap ahli ekologi mikroba akan terus terlibat dengan publik dalam nada yang sama untuk kepentingan lapangan dan masyarakat yang lebih luas.

KESIMPULAN

Warga negara harus mampu membuat keputusan berdasarkan informasi mengenai isu-isu ilmiah yang mempengaruhi kehidupan pribadi mereka, kemakmuran komunitas mereka, dan warisan alam mereka. Namun, non-ilmuwan dapat memiliki ide yang sangat berbeda tentang alam dari komunitas ilmiah ( 21 , 29 ). Pemisahan masyarakat dan komunitas ilmiah ini dimulai sejak masa kanak-kanak. Misalnya, anak-anak menemukan ide-ide tertentu seperti konsep ekologi yang melibatkan interaksi tidak langsung ( 26 , 40 ) atau membayangkan dunia biologis pada skala mikroskopis ( 10 , 19 , 41) sangat sulit untuk dipahami. Apalagi di masa dewasa, latar belakang ideologi dan politik kita akan membiaskan persepsi dan penalaran kita ( 29 , 30 ). Pendidikan tetap menjadi alat terbaik kita untuk membentuk penilaian pribadi, yang sangat penting dalam demokrasi, di mana pendapat diperebutkan dan orang membuat keputusan politik.

Tantangan lingkungan ke depan akan mengharuskan semua warga negara memiliki gambaran yang lebih lengkap tentang alam, dengan semua kompleksitas, keterkaitan, dan ketidakpastiannya yang tak terhindarkan. Oleh karena itu, kita tidak dapat mengabaikan aktor utama di panggung Bumi, mikroorganisme, karena kita mungkin harus lebih khawatir tentang apa yang tidak kita ketahui daripada tentang apa yang sudah kita ketahui. Dalam makalah ini kami telah menawarkan “panggilan untuk mempersenjatai” dalam membawa ekologi mikroba ke dalam pendidikan sains arus utama di semua tingkatan. Kami telah menawarkan saran tentang bagaimana mengakomodasi tujuan tersebut, tetapi daripada memberikan risalah tentang strategi tersebut, kami berharap untuk merangsang diskusi yang lebih besar tentang bagaimana mencapai ini di masa depan.

Kami berpendapat bahwa manfaat yang muncul dari peningkatan pendidikan ekologi mikroba jauh lebih besar daripada biaya yang terkait dengan memasukkan rencana pelajaran baru, atau waktu yang dihabiskan untuk mendidik instruktur tentang cara memasukkan contoh mikroba di ruang kelas dengan lebih baik. Kami mendorong dimasukkannya ekologi mikroba dalam pendidikan karena mikroba membantu kami menghargai kompleksitas yang melekat pada alam, termasuk ekosistem mikroba individual kami, dan tempat kami di ekosistem yang lebih luas.

Pendidikan seringkali didorong oleh imajinasi, membuat dunia mikroba tidak dapat kita lihat sebagai fokus yang berguna untuk mengajarkan konsep dasar ekologi dan ilmu lingkungan. Naturalis John Muir mendukung nilai mempertimbangkan teman kita yang tidak terlihat untuk memperbesar perspektif kita tentang dunia alami: “Ketika kita memikirkan makhluk kecil yang terlihat, kita dituntun untuk memikirkan banyak hal yang lebih kecil dan membawa kita terus dan terus ke dalam misteri yang tak terbatas.” Saat kita bergerak maju sebagai pendidik, ilmuwan, dan kontributor bagi masyarakat, jangan lupa untuk berbagi dunia mikroba dengan misteri tak terbatas ini dengan sesama manusia.

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Keragaman Jamur-bakteri dan Kompleksitas Mikrobioma Memprediksi Fungsi Ekosistem – Mikrobioma tanah sangat beragam dan terdiri dari seperempat keanekaragaman Bumi. Namun, bagaimana mikrobioma yang beragam dan kompleks secara fungsional memengaruhi fungsi ekosistem masih belum jelas.

Keragaman Jamur-bakteri dan Kompleksitas Mikrobioma Memprediksi Fungsi Ekosistem

hospitalmicrobiome  – Di sini kami memanipulasi mikrobioma tanah di ekosistem padang rumput eksperimental dan mengamati bahwa keragaman mikrobioma dan kompleksitas jaringan mikroba secara positif memengaruhi berbagai fungsi ekosistem yang terkait dengan siklus nutrisi (misalnya multifungsi).

Baca Juga : Penelitian Mikroorganisme dalam Pengendalian Hama Biologis

Mikrokosmos padang rumput dengan jaringan mikroba yang kurang berkembang dan kekayaan mikroba yang berkurang memiliki multifungsi terendah karena hadirnya taksa yang lebih sedikit yang mendukung fungsi yang sama (redundansi) dan keragaman taksa yang lebih rendah yang mendukung fungsi yang berbeda (keunikan fungsional yang berkurang). Lebih-lebih lagi, taksa mikroba yang berbeda menjelaskan fungsi ekosistem yang berbeda yang menunjukkan pentingnya keragaman fungsional dalam komunitas mikroba.

Temuan ini menunjukkan pentingnya interaksi mikroba di dalam dan di antara komunitas jamur dan bakteri untuk meningkatkan kinerja ekosistem dan menunjukkan bahwa kepunahan asosiasi ekologi kompleks di bawah tanah dapat mengganggu fungsi ekosistem.

Mikroba adalah mayoritas yang tak terlihat di Bumi dan terdiri dari sebagian besar keragaman genetik kehidupan . Banyak mikroorganisme yang berasosiasi dengan manusia, hewan, serangga, tumbuhan, dan tanah di seluruh dunia. Di masing-masing bioma ini, mikroba biasanya membentuk komunitas yang sangat beragam dan kompleks yang secara kolektif berfungsi sebagai mikrobioma.

Studi sebelumnya berfokus pada deskripsi komunitas mikroba ini, tetapi saat ini ada banyak minat untuk menghubungkan komposisi dan keragaman mikrobioma dengan fungsi. Hal ini tidak mengherankan karena diketahui bahwa mikroba mempengaruhi semua organisme hidup dan memainkan peran sentral dalam banyak siklus biogeokimia di bumi, mendorong siklus karbon dan nutrisi global dengan efek umpan balik langsung pada fungsi ekosistem dan produktivitas .

Eksperimen yang dilakukan di mikrokosmos dan pada skala pengamatan global mengungkapkan bahwa keragaman mikroba terkait dengan fungsi ekosistem, yang menyiratkan bahwa komunitas dengan kekayaan mikroba yang lebih tinggi berkinerja lebih baik. Keragaman mikroba yang sangat tinggi pada skala spasial kecil telah menyebabkan hipotesis bahwa mikrobioma yang sangat beragam ini secara fungsional berlebihan.

Namun, redundansi fungsional adalah fitur penting keanekaragaman hayati karena keanekaragaman yang lebih besar memberikan kemungkinan yang lebih besar bahwa beberapa spesies hadir yang dapat melakukan fungsi di bawah kondisi yang bervariasi secara temporal dan spasial dan berfungsi sebagai penyangga terhadap taksa yang hilang sehingga fungsi ekosistem dipertahankan . Selain itu, meskipun keragaman mikroba tanah yang begitu luas mungkin tampak berlebihan secara fungsional, mikroba terlibat dalam banyak fungsi secara bersamaan dan dengan demikian redundansi fungsional cenderung memudar karena lebih banyak fungsi dipertimbangkan, seperti yang telah ditunjukkan untuk hubungan kekayaan- multifungsi tanaman.

Untuk memahami bagaimana perubahan keanekaragaman hayati tanah mempengaruhi fungsi ekosistem, oleh karena itu penting untuk mempertimbangkan tidak hanya apakah jumlah total taksa yang ada berhubungan dengan suatu fungsi, tetapi bagaimana pengurangan jumlah spesies yang mendukung satu fungsi berhubungan dengan hilangnya beberapa fungsi. berfungsi secara bersamaan.

Yang penting pengaruh spesies individu pada fungsi ekosistem tidak terlepas dari spesies lain yang ada dan merupakan hasil dari berbagai asosiasi positif dan negatif, langsung dan tidak langsung di antara spesies yang berbeda yang secara keseluruhan mendorong fungsi ekosistem. Misalnya, komunitas mikroba tidak hanya dicirikan oleh jumlah dan komposisi taksa, tetapi juga oleh asosiasi ekologis di antara anggota mikrobioma. Dalam beberapa tahun terakhir, analisis kemunculan bersama mikroba telah menjelaskan kompleksitas mikrobioma dan hubungan timbal balik di antara anggota masyarakat . Studi yang muncul telah mengungkapkan bahwa mikrobioma terstruktur, dan membentuk jaringan mikroba kompleks yang saling berhubungan, di mana mikroba saling berhubungan secara langsung atau tidak langsung melalui proses, seperti kompetisi, fasilitasi, dan penghambatan.

Kompleksitas jaringan mikroba ini dan hubungannya dengan fungsi tidak selalu ditentukan oleh jumlah taksa dalam komunitas, melainkan oleh jumlah asosiasi yang dimiliki taksa di antara mereka . Perbatasan berikutnya sekarang adalah menguji secara empiris apakah perubahan dalam kompleksitas mikrobioma, seperti yang ditunjukkan oleh keragaman dan interkonektivitas di antara mikroba yang terjadi bersamaan, penting untuk cara komunitas mikroba memengaruhi fungsi ekosistem.

Dengan memisahkan organisme tanah menurut ukurannya, menggunakan filter dengan ukuran mata jaring yang semakin kecil, kami sebelumnya telah menunjukkan bahwa hilangnya keanekaragaman hayati tanah mengakibatkan berkurangnya keanekaragaman tanaman, produktivitas, retensi nutrisi, dan alokasi karbon di bawah tanah menggunakan mikrokosmos padang rumput mandiri yang membatasi kontaminasi eksternal.

Namun, peran keragaman mikrobioma, redundansi fungsional, dan kompleksitas jaringan di dalam dan di antara komunitas bakteri dan jamur dalam mengatur kinerja ekosistem belum dinilai sepanjang gradien keanekaragaman hayati tanah tersebut. Jadi, kami memanfaatkan sistem model ini dengan gradien yang kuat dalam keanekaragaman hayati tanah di sini untuk menilai lebih lanjut fitur yang berbeda dari keanekaragaman mikroba tanah dan hubungannya dengan fungsi tanah yang diketahui dimediasi oleh mikroba tanah, dan itu mencerminkan efisiensi siklus nutrisi, di sini disebut multifungsi tanah. Kami menggunakan tanah yang dikumpulkan dari mikrokosmos ini dan menggunakan pengurutan generasi berikutnya untuk mengkarakterisasi mikrobioma tanah jamur dan bakteri (lihat bagian “Metode”).

Meskipun alat pengurutan generasi berikutnya telah memungkinkan kami untuk menangkap keragaman besar mikroba tanah, banyak taksa yang terdeteksi mungkin tidak memainkan peran penting dalam fungsi ekosistem yang diinginkan, sehingga menghasilkan ‘kebisingan’ yang dapat mengaburkan hubungan keragaman-fungsi yang direalisasikan.

Hal ini berbeda dengan hubungan keragaman-produktivitas tanaman klasik di mana setiap tanaman yang ada secara inheren memberikan kontribusi biomassa terhadap produktivitas ekosistem bersih.

Jadi, kami menggunakan seleksi fitur, alat statistik, untuk mengidentifikasi taksa yang berkontribusi untuk memprediksi kinerja setiap fungsi ekosistem yang dipertimbangkan. Ini memberi kami identitas taksa jamur dan bakteri yang mendukung suatu fungsi (langsung atau tidak langsung), sehingga menghilangkan ‘gangguan’ tersebut dalam menilai hubungan keragaman-fungsi.

Asosiasi taksa mikroba dengan fungsi kemudian memungkinkan kami untuk menilai lebih lanjut efek keragaman mikrobioma yang lebih besar pada peningkatan redundansi taksa yang mendukung fungsi umum, di mana redundansi yang lebih besar berarti ada lebih banyak taksa yang mendukung fungsi yang sama.

Kami juga menghitung keragaman fungsional dalam komunitas mikroba menggunakan indeks keunikan fungsional, yang merupakan produk dari entropi kuadrat Raos dan indeks Simpsons terbalik dan merangkum keragaman dalam kelimpahan relatif di antara mikroba yang mendukung fungsi yang berbeda 34 .

Di sini kami berhipotesis bahwa kekayaan mikrobioma dan kompleksitas jaringan mikroba mendorong multifungsi ekosistem, bahwa jika fungsi ekosistem tertentu bukan merupakan hasil dari kehadiran takson tunggal, maka kehadiran taksa lebih banyak yang berkontribusi positif, secara langsung atau tidak langsung, pada proses mendasar yang mendorong respons dalam suatu fungsi harus mengarah pada redundansi positif– hubungan fungsi. Pada saat yang sama, jika kekayaan mikroba yang lebih besar meningkatkan multifungsi ekosistem maka akan dihipotesiskan bahwa ini karena kekayaan yang lebih besar memberikan keragaman taksa yang lebih besar yang mendukung berbagai fungsi yang menghasilkan keunikan fungsional-fungsional hubungan multifungsi yang positif.

Kami menilai kompleksitas mikrobioma dengan terlebih dahulu menghasilkan matriks meta-asosiasi termasuk semua taksa jamur dan bakteri dari semua mikrokosmos. Dari sini, sub-jaringan berdasarkan taksa yang ada dalam mikrokosmos spesifik digunakan untuk menghasilkan indeks kompleksitas mikrobioma tanah (kepadatan hubungan) antara taksa jamur dan bakteri.

Karya ini menunjukkan bahwa jaringan mikroba yang lebih kompleks berkontribusi lebih banyak untuk meningkatkan multifungsi fungsi ekosistem daripada jaringan yang lebih sederhana atau dengan keragaman rendah. Selain itu, mikroba yang berbeda mendukung fungsi yang berbeda yang menunjukkan pentingnya keragaman fungsional dalam komunitas mikroba.

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Penelitian Mikroorganisme dalam Pengendalian Hama Biologis – Pada bagian ini, topik pengendalian hama secara biologis dipertimbangkan. akan berlangsung. Telah ada peningkatan minat dalam agen kontrol biologis dalam dekade terakhir. Lebih banyak agen biokontrol disaring untuk efikasi dan dampak lingkungan termasuk keamanan mamalia.

Penelitian Mikroorganisme dalam Pengendalian Hama Biologis

hospitalmicrobiome – Banyak organisme telah diselidiki sebagai agen potensial untuk pengendalian nyamuk vektor, termasuk virus, jamur, bakteri, protozoa, nematoda, predator invertebrata dan ikan. Namun, sebagian besar agen ini terbukti memiliki sedikit penggunaan operasional, terutama karena kesulitan dalam mengalikannya dalam jumlah besar.

Baca Juga : Penelitian Bakteri yang baru ditemukan melawan perubahan iklim

Beberapa spesies organisme, yang telah diperkenalkan dari tempat lain mungkin juga menjadi hama bagi organisme lain. Sebelum munculnya pestisida kimia, predator yang merupakan musuh alami dari hama tertentu, merupakan subjek penting dalam ilmu biologi sehubungan dengan pertanian dan pengendalian hama hutan.

Pestisida yang mencakup insektisida, herbisida, dan fungisida digunakan dalam pertanian modern untuk mengendalikan hama dan meningkatkan hasil panen. Di negara maju dan berkembang, penggunaan pestisida kimia telah meningkat secara dramatis selama beberapa dekade terakhir.

Pengendalian hama dengan bahan kimia sintetik menimbulkan beberapa masalah. Residu insektisida sintetik ini menyebabkan efek toksik pada kehidupan liar (misalnya, burung, serangga bermanfaat seperti lebah madu). Insektisida kimia ini juga menyebabkan perubahan kimia yang berbahaya pada serangga/hama non-target pada predator, parasit, dll. Juga dapat berbahaya bagi manusia dan hewan peliharaan. Masalah lingkungan lainnya adalah pencemaran air tanah.

Selain itu, ada beberapa penelitian terbaru tentang pengendalian hayati hama laut . Pengenalan hama laut ke habitat baru sama tuanya dengan pengalaman bahari. Cacing kapal Atlantik sangat mungkin yang pertama untuk aplikasi dari beberapa predator baru, Mytilus gallprovincialis, dan populasi kepiting hijau Eropa Atlantik barat telah menanam diri mereka sendiri dengan kuat sebagai bagian dari biota yang dinetralkan. Banyak introduksi lainnya, seperti polychaetes, amphipoda yang samar dan telah dianggap spesies dengan distribusi kosmopolitan alami.

Pertanian dan hutan merupakan sumber daya yang penting untuk menopang sistem ekonomi, lingkungan dan sosial global. Untuk alasan ini, tantangan global adalah untuk mengamankan hasil yang tinggi dan berkualitas dan untuk membuat produk pertanian yang ramah lingkungan. Sarana kimiawi untuk perlindungan tanaman menempati posisi terdepan dalam hal volume total aplikasinya dalam pengelolaan hama dan penyakit tanaman terpadu. Tetapi pestisida menyebabkan keracunan pada manusia dan hewan berdarah panas.

Meskipun pengendalian efektif selama bertahun-tahun oleh insektisida agrokimia konvensional, sejumlah faktor mengancam keefektifan dan penggunaan bahan ini secara terus-menerus. Ini termasuk pengembangan resistensi insektisida dan pembatalan penggunaan atau pencabutan beberapa insektisida karena masalah kesehatan manusia dan lingkungan. Oleh karena itu, alternatif ramah lingkungan adalah kebutuhan saat ini. Peningkatan strategi pengendalian hama merupakan salah satu metode untuk menghasilkan kualitas yang lebih tinggi dan kuantitas yang lebih besar dari produk pertanian. Oleh karena itu, perlu dikembangkan biopestisida yang efektif, biodegradable dan tidak meninggalkan efek berbahaya bagi lingkungan.

Pestisida biologis

Biopestisida adalah jenis pestisida tertentu yang berasal dari bahan alam seperti hewan, tumbuhan, bakteri, dan mineral tertentu. Misalnya, minyak canola dan soda kue memiliki aplikasi pestisida dan dianggap sebagai biopestisida. Bahkan hingga akhir tahun 2001, tercatat sekitar 195 bahan aktif biopestisida dan 780 produk.

Biopestisida adalah pestisida biokimia yang merupakan zat alami yang mengendalikan hama dengan mekanisme tidak beracun. Mereka adalah organisme hidup (musuh alami) atau produk mereka (fitokimia, produk mikroba) atau produk sampingan (semiokimia) yang dapat digunakan untuk pengendalian hama yang merugikan tanaman tanaman. Biopestisida memiliki peran penting dalam perlindungan tanaman,

Mereka adalah pestisida biologis berdasarkan mikroorganisme patogen khusus untuk hama sasaran yang menawarkan solusi ekologis dan efektif untuk masalah hama. Mereka menimbulkan lebih sedikit ancaman terhadap lingkungan dan kesehatan manusia. Biopestisida yang paling umum digunakan adalah organisme hidup yang bersifat patogen bagi OPT. Ini termasuk biofungisida (trikoderma), bioherbisida (Phytopthora) dan bioinsektisida (Bacillus thuringiensis, B. sphaericus). Manfaat potensial untuk pertanian dan program kesehatan masyarakat melalui penggunaan biopestisida cukup besar.

Keuntungan menggunakan biopestisida ( sebagai pengganti bahan kimia lainnya didasarkan pada faktor-faktor ini:

• Manfaat ekologis; secara inheren kurang berbahaya dan lebih sedikit beban lingkungan.
• Spesifisitas sasaran; dirancang untuk mempengaruhi hanya satu hama tertentu atau, dalam beberapa kasus, beberapa organisme target,
• Kemanfaatan lingkungan; seringkali efektif dalam jumlah yang sangat kecil dan sering terurai dengan cepat, sehingga menghasilkan eksposur yang lebih rendah dan sebagian besar menghindari masalah polusi.
• Kesesuaian; bila digunakan sebagai komponen program pengendalian hama terpadu (PHT), biopestisida dapat memberikan kontribusi yang besar.

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Penelitian Bakteri yang baru ditemukan melawan perubahan iklim – Peneliti Cornell telah menemukan spesies baru bakteri tanah – yang mereka beri nama untuk mengenang profesor Cornell yang pertama kali menemukannya yang sangat mahir dalam memecah bahan organik, termasuk bahan kimia penyebab kanker yang dilepaskan ketika batu bara, gas, minyak dan sampah dibakar.

Penelitian Bakteri yang baru ditemukan melawan perubahan iklim

hospitalmicrobiome – “Mikroba telah ada di sini sejak kehidupan dimulai, hampir 4 miliar tahun. Mereka menciptakan sistem tempat kita hidup, dan mereka mempertahankannya,” kata Dan Buckley , profesor ekologi mikroba di Bagian Ilmu Tanah dan Tanaman di Sekolah Ilmu Tanaman Integratif. “Kita mungkin tidak melihat mereka, tetapi mereka menjalankan pertunjukan.”

Baca juga : Penelitian Tentang Mikroba Terapeutik untuk Mengatasi Penyakit

Melansir cornell, Buckley dan lima peneliti Cornell lainnya, bersama dengan rekan dari Lycoming College, menggambarkan bakteri baru dalam sebuah makalah, “ Paraburkholderia madseniana sp. nov., bakteri pendegradasi asam fenolik yang diisolasi dari tanah hutan asam ”, diterbitkan 6 Februari di International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology.

Bakteri baru, madseniana, dinamai untuk menghormati mendiang Gene Madsen, profesor mikrobiologi yang memulai penelitian. Dia meninggal pada tahun 2017 , sebelum dia bisa mengkonfirmasi penemuan itu.

Semua tumbuhan dan hewan, termasuk manusia, memiliki kumpulan bakteri ramah yang membantu kita mencerna makanan dan melawan infeksi. Bakteri yang hidup di tanah tidak hanya membantu tanaman tumbuh, mengatasi stres dan melawan hama, mereka juga penting untuk memahami perubahan iklim.

Bakteri yang baru ditemukan termasuk dalam genus Paraburkholderia, yang dikenal karena kemampuannya untuk mendegradasi senyawa aromatik dan, pada beberapa spesies, kapasitasnya untuk membentuk bintil akar yang memfiksasi nitrogen di atmosfer. Nama spesies, madseniana, mencerminkan warisan pekerjaan Madsen di bidang mikrobiologi lingkungan.

Penelitian Madsen berfokus pada biodegradasi – peran mikroba dalam memecah polutan di tanah yang terkontaminasi – dengan fokus khusus pada polutan organik yang disebut hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH). Karyanya merupakan terobosan dalam menyediakan alat-alat alami untuk mengatasi limbah berbahaya di daerah di mana tanah yang terkontaminasi tidak dapat dengan mudah digali dan dipindahkan.

“Gene adalah pria yang rendah hati dan ilmuwan hebat. Saya sangat senang melihat warisannya hidup dengan cara ini,” kata Esther Angert , profesor dan ketua Departemen Mikrobiologi. “Sangat tepat bahwa bakteri dengan ciri-ciri ini dinamai menurut ahli mikrobiologi lingkungan yang luar biasa ini. Saya pikir Gene pasti tersenyum.”

Pekerjaan dimulai di hutan percobaan Cornell di Turkey Hill, area alami yang dikelola oleh Cornell Botanic Gardens . Madsen mengisolasi bakteri baru dari tanah hutan; Tim Buckley menyelesaikan proyek tersebut.

Langkah pertama adalah mengurutkan gen RNA ribosom bakteri, yang memberikan bukti genetik bahwa madseniana adalah spesies unik. Dalam mempelajari bakteri baru, para peneliti memperhatikan bahwa madseniana sangat mahir dalam memecah hidrokarbon aromatik, yang membentuk lignin, komponen utama biomassa tanaman dan bahan organik tanah. Hidrokarbon aromatik juga ditemukan dalam polusi PAH beracun.

Ini berarti bahwa bakteri yang baru diidentifikasi dapat menjadi kandidat untuk penelitian biodegradasi dan pemain penting dalam siklus karbon tanah.

Laboratorium Buckley berfokus pada peran bakteri dalam siklus karbon – siklus alami karbon melalui Bumi dan atmosfer, yang menurut para ilmuwan telah dihancurkan oleh emisi karbon manusia yang berlebihan.

“Kami hanya tahu sedikit tentang bagaimana bakteri tanah beroperasi,” kata Buckley. “Tanah, setiap tahun, memproses sekitar tujuh kali lebih banyak karbon daripada semua emisi manusia dari mobil, pembangkit listrik, dan unit pemanas, di seluruh dunia, hanya dalam pekerjaan alami mereka untuk menguraikan bahan tanaman. Karena begitu banyak karbon yang melalui tanah, perubahan kecil dalam cara kita mengelola tanah dapat berdampak besar pada perubahan iklim.”

Dalam kasus madseniana, lab Buckley ingin mempelajari lebih lanjut tentang hubungan simbiosis antara bakteri dan pohon hutan. Penelitian awal menunjukkan bahwa pohon memberi makan karbon ke bakteri, dan pada gilirannya bakteri mendegradasi bahan organik tanah, sehingga melepaskan nutrisi seperti nitrogen dan fosfor untuk pohon.

Memahami bagaimana bakteri memecah karbon di tanah dapat menjadi kunci keberlanjutan tanah dan kemampuan untuk memprediksi masa depan iklim global.

Roland Wilhelm, seorang rekan postdoctoral di laboratorium Buckley, adalah penulis pertama makalah tersebut. Rekan penulis lainnya termasuk Sean Murphy, seorang Ph.D. mahasiswa di laboratorium; asisten peneliti sarjana Nicole Feriancek ’22 dan David Karasz ’20; Christopher DeRito, spesialis dukungan penelitian; dan Jeffrey Newman, seorang profesor biologi di Lycoming College.

Penelitian ini didukung oleh Institut Pangan dan Pertanian Nasional USDA melalui hibah McIntire Stennis.

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  

Penelitian Tentang Mikroba Terapeutik untuk Mengatasi Penyakit – Meskipun itu terjadi hampir satu dekade lalu, Willem de Vos masih ingat dengan jelas rekan-rekannya disuruh menghentikan uji klinis yang telah mereka lakukan.

Penelitian Tentang Mikroba Terapeutik untuk Mengatasi Penyakit

hospitalmicrobiome – De Vos adalah bagian dari tim yang melakukan uji klinis acak pertama transplantasi mikrobiota tinja (FMT) tinja dari donor yang sehat digunakan sebagai pengobatan terakhir untuk orang-orang dengan infeksi usus berulang yang menghancurkan yang disebabkan oleh bakteri Clostridium difficile. Sekitar satu tahun, dewan pemantau data dan keamanan yang mengawasi uji coba telah melihat cukup banyak: uji coba harus diakhiri.

Baca juga : Penelitian Tentang Seberapa Pentingkah Mikroorganisme? 

Melansir nature, Tapi itu bukan karena terapi itu tidak berhasil — justru sebaliknya. Transplantasi terbukti sangat berhasil sehingga tidak etis lagi untuk terus memberikan orang-orang dalam kelompok kontrol pengobatan antibiotik konvensional yang dibandingkan dengan transplantasi. “Itu menunjukkan kepada kita bahwa itu berhasil dan mengapa itu berhasil,” kata de Vos, ahli mikrobiologi di Universitas Wageningen di Belanda dan Universitas Helsinki di Finlandia. Pasien yang diobati dengan antibiotik yang kambuh diberikan transplantasi, yang menyembuhkan mereka.

Kisah C. difficile adalah salah satu dari daftar contoh yang berkembang tentang bagaimana mikrobioma usus membentuk biologi kita. Komunitas mikroba yang hidup di usus telah dikaitkan dengan banyak aspek fisiologi kita – mulai dari kondisi seperti obesitas hingga bagaimana sistem kekebalan berfungsi dan bahkan kesehatan mental. Keberhasilan FMT dalam mengobati C. difficile juga menunjukkan bahwa, pada prinsipnya, ekologi usus dapat dimanipulasi untuk mengobati penyakit. Sekarang, para ilmuwan sedang mencoba untuk merekayasa mikrobiota usus yang memungkinkan mereka melakukan hal itu.

Ahli biologi sintetis bekerja pada tingkat spesies individu, merekayasa bakteri usus tidak hanya untuk memberikan muatan terapeutik tetapi juga untuk memantau dan merespons kondisi di dalam tubuh. Sementara itu, ahli ekologi sintetik melihat usus sebagai ekosistem dan mengumpulkan komunitas mikroba yang berinteraksi untuk menghasilkan zat atau perilaku untuk manfaat medis. Kedua pendekatan ini masih dalam tahap awal, dan ada tantangan untuk membawa mereka ke klinik. Namun teknologi sudah terbukti menjadi alat yang kuat, memungkinkan para ilmuwan untuk mengeksplorasi interaksi mikroba yang kompleks dalam ekosistem internal kita.

Bakteri dipesan lebih dahulu

Rekayasa mikroba individu memiliki rangkaian aplikasi potensial yang mengesankan. Bakteri usus telah diubah untuk menghasilkan molekul terapeutik untuk mengobati kondisi metabolisme, membunuh patogen, dan memicu respons imun terhadap kanker. Strain Escherichia coli yang direkayasa untuk menghasilkan protein yang dibutuhkan untuk memperbaiki defisiensi metabolik yang langka sekarang sedang dalam uji klinis. Dan pada tahun 2018, sebuah tim di Singapura mengungkapkan bakteri usus yang telah direkayasa untuk menempel pada sel kanker usus besar dan mengeluarkan enzim yang mengubah zat yang secara alami ditemukan dalam sayuran seperti brokoli menjadi molekul yang menghambat pertumbuhan tumor.

Ketika diberikan kepada tikus dengan kanker usus besar, pengobatan tersebut mengecilkan tumor dan mengurangi kekambuhan. Bakteri bahkan dapat direkayasa untuk merasakan tanda-tanda penyakit dan merespons dengan memproduksi molekul terapeutik. Sebagai contoh, pada tahun 2017, peneliti mengambil bakteri usus yang biasa digunakan sebagai probiotik dan memberinya kemampuan untuk mendeteksi sinyal komunikasi yang dihasilkan oleh bakteri patogen. Bakteri probiotik kemudian menghasilkan molekul antimikroba sebagai respons. Para peneliti menunjukkan bahwa itu membantu membersihkan infeksi pada cacing dan tikus 2 .

Studi seperti ini menunjukkan potensi terapi hidup, tetapi sejauh ini bakteri yang direkayasa adalah sistem yang relatif mudah — mereka menghasilkan molekul terapeutik baik pada tingkat yang konstan atau sebagai respons terhadap sinyal lingkungan. Sekarang, para peneliti mencari untuk memperluas cakupan mikroba yang direkayasa dan bakteri yang direkayasa dengan DNA yang mengandung elemen yang lebih kompleks yang dirancang untuk bekerja seperti sirkuit elektronik. Ini adalah bidang biologi sintetik, disiplin yang bertujuan untuk menerapkan prinsip-prinsip teknik — seperti komponen modular yang terstandarisasi — ke sistem biologis.

Prestasi rekayasa kompleks ini memungkinkan bakteri melakukan tugas komputasi sederhana, seperti mengingat stimulus satu kali lama setelah berlalu. Misalnya, tim ahli biologi sintetik yang dipimpin oleh Pamela Silver di Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard University di Boston, Massachusetts, merekayasa bakteri untuk mendeteksi bahan kimia yang diproduksi oleh sel usus yang meradang.

Sebagai tanggapan, bakteri mengeluarkan sinyal molekuler, dan terus mengeluarkannya bahkan jika peradangan usus mereda. Sinyal dapat dideteksi dalam sampel tinja, meningkatkan kemungkinan penggunaan bakteri sebagai tes diagnostik hidup untuk penyakit radang usus — yang sering bersifat sementara dan, oleh karena itu, sulit dideteksi di klinik.3 . Yang penting, bakteri rekayasa yang dapat mengingat jenis sinyal lingkungan lainnya akan memungkinkan peneliti untuk mengeksplorasi kondisi di berbagai wilayah usus – sesuatu yang sulit dilakukan dengan sampel tinja konvensional. “Yang kami inginkan adalah bakteri menjadi seperti detektif dan memberi tahu kami apa yang terjadi saat mereka melewatinya,” kata Silver.

Mendapatkan sirkuit genetik untuk bekerja di lab cukup sulit. Menerjemahkan itu ke lingkungan mikrobioma usus yang berantakan dan kompetitif menghadirkan tantangan yang lebih besar. Modifikasi apa pun yang menimbulkan beban ekstra — katakanlah, produksi protein ekstra — pada bakteri menempatkannya pada posisi yang kurang menguntungkan, yang mengakibatkan organisme itu kalah bersaing atau membuang fungsi rekayasanya untuk bertahan hidup. Sebagian karena alasan ini, para peneliti telah berjuang untuk mendapatkan banyak bakteri yang direkayasa untuk membuat lompatan dari tabung reaksi ke model hewan. Para ilmuwan sekarang sedang mencari cara untuk mengatasi hal ini; Perak, misalnya, menggunakan elemen genetik yang secara alami menempatkan beban minimal pada sel.

Rintangan terakhir akan menunjukkan bahwa bakteri yang direkayasa itu efektif dan aman. Terlebih lagi, tidak seperti obat konvensional, bakteri rekayasa dapat menyebar ke lingkungan dan berbagi DNA dengan bakteri lain. Meskipun kemungkinan mereka bertahan hidup di alam liar dianggap rendah, kemungkinan konsekuensi yang tidak terduga (belum lagi kebutuhan untuk mendapatkan penerimaan publik dan persetujuan peraturan) telah mendorong para peneliti untuk mengeksplorasi sejumlah opsi untuk mengandung bakteri yang direkayasa, termasuk membunuh. saklar yang memaksa bakteri untuk bunuh diri dengan racun jika sirkuit rekayasa mereka menjadi rusak atau jika mereka meninggalkan tubuh.

Membangun komunitas

Sementara beberapa peneliti merekayasa bakteri individu, yang lain mengalihkan perhatian mereka ke kelompok mikroba. Sama seperti fungsi kota sebagai hasil dari banyak orang yang melakukan pekerjaan yang berbeda, usus adalah sarang interaksi antara berbagai mikroba yang menjalankan fungsi yang berbeda. Beberapa interaksi bersifat metabolik – satu bakteri mungkin menghasilkan sesuatu yang dikonsumsi orang lain, misalnya. Lainnya bersifat ekologis, seperti ketika satu mikroba menghambat pertumbuhan yang lain. Dengan bekerja sama, komunitas mikroba menghasilkan molekul atau perilaku yang tidak akan muncul dari organisme yang bertindak sendiri.

Sifat-sifat mikrobioma usus yang muncul ini memiliki efek mendalam pada biologi kita, seperti dengan memproduksi vitamin atau molekul yang memodulasi respons imun kita. Untuk memahami interaksi ini dan untuk merancang terapi baru, para peneliti sedang membangun kombinasi berbagai bakteri yang dikenal sebagai ekosistem sintetis. Untuk sebagian besar, ekosistem ini terdiri dari strain bakteri alami, meskipun beberapa ilmuwan bereksperimen dengan ekosistem yang mengandung mikroba rekayasa genetika.

Dari sudut pandang terapeutik, ekosistem sintetis memiliki sejumlah keuntungan potensial. FMT saat ini mengandalkan bahan feses yang disediakan oleh donor. Sampel tinja mengandung campuran mikroba yang sangat kompleks yang bervariasi dari donor ke donor, dan masing-masing harus disaring untuk mikroba patogen. Jika FMT dapat disederhanakan menjadi hanya spesies kunci yang diperlukan untuk mengobati manusia, campuran bebas patogen yang disederhanakan dari mikroba terpilih ini dapat ditanam di laboratorium. Komunitas sintetis akan menawarkan terapi standar dengan komposisi yang diketahui, dan akan menghilangkan ketergantungan dalam menemukan donor yang cocok.

Penelitian, termasuk beberapa penelitian pada manusia, menunjukkan bahwa pendekatan ini bisa berhasil. Campuran bakteri terpilih yang diisolasi dari sampel tinja telah menunjukkan harapan dalam mengobati orang dengan C. difficile . Dan bukan hanya infeksi yang bisa diatasi, tetapi juga kondisi seperti penyakit radang usus. Pada tahun 2013, sebuah tim yang dipimpin oleh para ilmuwan di Jepang mengidentifikasi komunitas mikroba usus manusia yang dapat meningkatkan aktivitas sel kekebalan peredam peradangan yang disebut sel T regulator, dan menunjukkan bahwa ini dapat memperbaiki penyakit radang usus pada tikus .. Selain mengembangkan terapi, menghilangkan FMT konvensional memungkinkan para ilmuwan untuk mengetahui bakteri mana dalam transplantasi tinja yang memberikan efek terapeutik – sesuatu yang sedang dieksplorasi oleh de Vos dan rekan-rekannya dalam kondisi seperti penyakit radang usus dan sindrom metabolik.

Salah satu kelemahan dari pendekatan stripping-down ini adalah membatasi aplikasi komunitas sintetik pada fungsi yang sudah ada. Mungkin ada situasi di mana Anda ingin membuat komunitas dengan fungsi baru, seperti memproduksi vitamin atau mendegradasi racun. Membuat fungsi baru memerlukan perancangan dari bawah ke atas — menguji berbagai kombinasi mikroba, termasuk yang biasanya tidak hidup berdampingan di alam, hingga memberikan hasil yang diinginkan. Melakukan ini dengan coba-coba dalam eksperimen laboratorium segera menjadi berat, jadi para peneliti beralih ke pemodelan komputer.

Tujuannya di sini adalah untuk memprediksi sifat yang muncul dari komunitas mikroba, berdasarkan interaksi yang diharapkan antara mikroba yang ada. Sebuah tim yang dipimpin oleh Elhanan Borenstein di Universitas Tel Aviv di Israel menciptakan model komputer dari reaksi metabolisme di dalam masing-masing mikroba, dan kemudian memodelkan bagaimana ini akan berperilaku dengan adanya metabolisme mikroba lain 5 . Dengan mensimulasikan interaksi antara pasangan mikroba, mereka menunjukkan bagaimana produk metabolisme baru muncul yang tidak akan terlihat jika mikroba bertindak sendiri. Model juga dapat mensimulasikan interaksi ekologi, seperti bagaimana kelimpahan satu mikroba mempengaruhi kelimpahan mikroba lainnya. Ini dapat membantu para ilmuwan untuk merancang komunitas mikroba yang stabil dan karena itu bertahan dari waktu ke waktu.

Ini ekologi

Pemodelan komputer dan komunitas yang dikembangkan di laboratorium memungkinkan para peneliti untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana mikroba dalam komunitas alami di usus berinteraksi — baik satu sama lain, dan dengan inang manusia mereka. Tim De Vos menumbuhkan empat bakteri berbeda yang biasanya hidup bersama di lapisan lendir yang melapisi usus 6 . Satu spesies, Akkermansia muciniphila , memecah lendir menjadi senyawa yang dikonsumsi bakteri lain. Tim menunjukkan bahwa bakteri lain tidak hanya mengonsumsi senyawa ini, tetapi juga memberi makan molekul yang mereka buat kembali ke A. muciniphila dan, dalam kasus butirat, asam lemak yang dibutuhkan oleh sel-sel lapisan usus, ke inangnya. .

Para peneliti juga mendapatkan wawasan baru tentang hubungan antara mikroba dan antara mikroba dan inangnya dari penciptaan mikrobioma minimal – komunitas mikroba yang dibangun yang mengandung jumlah spesies terkecil yang dibutuhkan untuk menciptakan ekosistem yang stabil. Sebuah studi 2016 menunjukkan bagaimana menggabungkan mikrobioma minimal dengan genomik komparatif dapat mengarah pada desain komunitas mikroba dengan properti yang diinginkan. Bärbel Stecher di Universitas Ludwig-Maximilians Munich di Jerman dan timnya mengembangkan mikrobioma minimal Oligo-MM 12 — kumpulan 12 mikroba usus yang membantu mencegah Salmonella enterica menjajah usus tikus yang tidak memiliki bakteri sendiri 7 .

12 spesies bakteri tidak termasuk Salmonellahampir, tetapi tidak cukup, serta mikrobioma konvensional. Dengan menggunakan genomik untuk membandingkan mikrobioma minimal mereka dengan mikrobioma kompleks, para peneliti memilih fungsi ekosistem yang hilang dari komunitas mereka, menambahkan tiga spesies bakteri lagi yang dapat mengisi kesenjangan, dan menghasilkan komunitas yang sebaik yang konvensional. dalam menjaga Salmonella keluar. Pada akhirnya, para peneliti berharap bahwa penelitian seperti ini akan memungkinkan mereka untuk merancang mikrobioma minimal dengan sifat terapeutik yang ditentukan, seperti memproduksi butirat atau vitamin.

Mungkin aplikasi akhirnya dari rekayasa mikrobioma adalah menggabungkan biologi sintetik dan ekologi sintetik. Para ilmuwan akan menciptakan komunitas yang mengandung mikroba rekayasa genetika, perilaku kolektif yang akan memberikan manfaat terapeutik. Salah satu keuntungan dari pendekatan ini adalah memungkinkan para insinyur mendistribusikan tugas metabolisme yang berbeda antara bakteri yang berbeda. Ini berarti semua tekanan fisiologis untuk membuat obat atau vitamin tidak akan ditempatkan hanya pada satu bakteri. Sejumlah tim telah membuat kemajuan di bidang ini, termasuk mengeksploitasi sistem yang digunakan bakteri untuk mendeteksi keberadaan bakteri lain dan untuk memodifikasi aktivitas gen mereka sebagai tanggapan. Para peneliti menggunakan fitur ini, yang dikenal sebagai penginderaan kuorum, untuk mengontrol perilaku populasi campuran bakteri, untuk, misalnya,

Potensi pengembalian dari rekayasa mikrobioma usus sangat besar, tetapi begitu juga tantangan untuk mencapai tujuan ini. Dari semua mikrobioma manusia, mikrobioma usus sejauh ini adalah yang terbesar dan paling kompleks. Masih banyak yang harus dipelajari tentang penghuninya, gen mereka, dan interaksi mereka. Dan itu sebelum Anda memulai apa yang dibawa tuan rumah manusia ke pesta. Memang, ada begitu banyak variasi antar individu sehingga masih belum jelas seperti apa mikrobioma usus yang ‘sehat’ itu .

Meski begitu, hasil potensial memotivasi para ilmuwan untuk membidik tinggi. Borenstein berharap suatu hari nanti dapat mengambil informasi tentang seorang individu – mikroba di usus mereka, fisiologi mereka, diet mereka dan genom mereka – dan menggunakannya untuk membangun model komputer skala penuh dari mikrobioma usus mereka. Kemajuan seperti itu memungkinkan untuk merancang intervensi yang dipersonalisasi untuk mengobati atau mencegah penyakit.

“Ini bukan sesuatu yang akan kita dapatkan dalam satu tahun, atau dua atau lima tahun,” Borenstein mengakui. “Tapi kami membuat kemajuan dan belajar banyak biologi yang menarik di jalan.”

• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
• 
  
  
•