مطالعه جدید بوم‌شناسان دانشگاه شیکاگو نشان می‌دهد که ژن‌های موجود در یک جامعه میکروبی می‌توانند فعالیت متابولیکی پویای جامعه را پیش‌بینی کنند، با پیامدهایی برای چرخه نیتروژن و سایر فرآیندهای مهم بیوژئوشیمیایی.
این مطالعه در 26 ژانویه 2022 منتشر شد سلولنشان می‌دهد که ژن‌های متابولیک در یک جامعه می‌توانند رفتار دینامیکی آن را پیش‌بینی کنند، و این احتمال را افزایش می‌دهد که دانشمندان بتوانند پویایی متابولیت‌ها را از محتوای ژن کل جامعه استنتاج کنند، جوامع میکروبی را برای عملکردهای خاص طراحی کنند و کشف کنند که چگونه تکامل ژنوم بر متابولیسم تأثیر می‌گذارد.
ما اغلب به باکتری ها از نظر تأثیر گونه های فردی بر بدن انسان فکر می کنیم. استرپتوکوک می تواند به شما گلودرد و تب یا بیش از حد از نوع نادرست منجر شود E. coli می تواند به شما مسمومیت غذایی بدهد. اما دنیای طبیعی مملو از باکتری هایی است که انواع عملکردهای حیاتی را برای محیط انجام می دهند، مانند فتوسنتز برای تثبیت کربن و تولید اکسیژن، یا بیرون کشیدن نیتروژن از جو و تبدیل آن به شکلی که سایر موجودات می توانند از آن استفاده کنند. با این حال، این باکتری ها در طبیعت در خلاء وجود ندارند. آنها در جوامع بوم شناختی، در تعامل با میکروب های بی شمار دیگر، و رقابت بر سر و مبادله مواد مغذی با یکدیگر رخ می دهند.
دکتر کارنا گودا، محقق فوق دکتری در دپارتمان اکولوژی و تکامل و مرکز فیزیک سیستم‌های در حال تکامل در شیکاگو و نویسنده اصلی مطالعه جدید، گفت که این پیچیدگی یک مشکل خاردار برای دانشمندان ایجاد می‌کند. او گفت: "جوامع میکروبی پیچیده هستند، زیرا موجودات به طور مداوم در حال حس کردن و واکنش به محیط خود، تعامل و تکامل مشترک هستند." "این یک مشکل دیرینه در اکولوژی میکروبی است. چگونه می توان فعالیت متابولیکی کل یک جامعه را از قسمت های ساده - ژن ها و ارگانیسم ها - که وجود دارند، درک کرد؟"
برای نزدیک شدن به این مشکل، گودا و مشاورانش، سپه کوئن، دکتری، استادیار اکولوژی و تکامل در شیکاگو، و مدهاو مانی، دکتری، استادیار علوم مهندسی و ریاضیات کاربردی در دانشگاه نورث وسترن، الهام گرفتند. توسط مطالعات اخیر نشان می دهد که روابط آماری قوی بین متابولیت های موجود در یک محیط و محتوای ژن جامعه وجود دارد. از آنجایی که سطوح متابولیت در محیط های طبیعی نتیجه داد و ستد بین یک جامعه و اجزای شیمیایی و فیزیکی غیر زنده آن است (به عنوان مثال ارگانیسم های فتوسنتزی می توانند اکسیژن تولید کنند، اما اکسیژن نیز می تواند از اتمسفر به یک جامعه منتشر شود)، سخت است. نتیجه گیری در مورد رابطه بین محتوای ژن و فعالیت متابولیک جامعه تنها از این مطالعات. بنابراین، ایجاد این ارتباط ابتدا مستلزم ورود جوامع طبیعی به آزمایشگاه است.
گودا و همکارانش از زمین‌های کشاورزی و جنگل‌های اطراف اوربانا، ایلینوی، نمونه‌هایی از خاک گرفتند و نزدیک به صد باکتری مختلف را از آنها به آزمایشگاه آوردند. آنها سپس ژنوم های خود را توالی یابی کردند تا فهرستی از تمام ژن های موجود بدست آورند و تغییرات متابولیت ها را در طول رشد این موجودات اندازه گیری کردند، با تمرکز بر فرآیند نیتروژن زدایی، شاخه ای کلیدی از چرخه نیتروژن. تجزیه و تحلیل آماری این داده ها نشان داد که روابط نسبتا ساده ای بین ژن های کلیدی دخیل در نیترات زدایی و سرعت مصرف و تولید متابولیت های نیترات زدایی وجود دارد. آنها سپس یک مدل ریاضی ساختند که نحوه تعامل موجودات مختلف با یکدیگر (یعنی از طریق مصرف و به اشتراک گذاری منابع با یکدیگر) را نشان می داد. این مدل به محققان اجازه داد تا پویایی کلی نیترات زدایی در جامعه را با پیوند دادن ژن ها به رفتار جمعی پیش بینی کنند.
گودا گفت: "رابطه بین محتوای ژن جامعه و فعالیت متابولیک بسیار ساده تر از آن چیزی بود که قبلا تصور می کردیم."
هنوز کار بیشتری برای انجام دادن وجود دارد تا ببینیم آیا این بینش ها در محیط های طبیعی پیچیده تر عمل می کنند یا خیر. آزمایش‌هایی که گودا و همکارانش انجام دادند در شرایط بسیار کنترل‌شده بودند که با شرایط ناهمگن و نوسانی خاک و محیط‌های آبی فاصله داشت. اما گودا گفت این مطالعه راه را به روی این امکان باز می کند که پیش بینی دینامیک شیمیایی یک محیط طبیعی می تواند به سادگی تعیین توالی ژنوم آن باشد.
او گفت: "شاید روزی بتوانیم از این اطلاعات برای طراحی جوامع میکروبی با اهداف خاصی مانند استفاده در تصفیه فاضلاب یا کشاورزی استفاده کنیم." اگر بتوانیم فقط از طریق توالی داده ها بفهمیم چه اتفاقی برای متابولیت ها در محیط های طبیعی می افتد، پیشرفت بزرگی خواهد بود.
این مطالعه با عنوان "ساختار ژنومی دینامیک متابولیت ها را در جوامع میکروبی پیش بینی می کند." نویسندگان دیگر عبارتند از درک پینگ از دانشگاه ایلینویز در اوربانا-شامپین (اکنون در دانشگاه پردو)، مدهاو مانی از دانشگاه نورث وسترن، و سپه کوهن از دانشگاه شیکاگو.
نقل قول: ساختار ژنومی جوامع میکروبی می تواند فعالیت متابولیک را پیش بینی کند (2022، 26 ژانویه) در 26 ژانویه 2022 از https://phys.org/news/2022-01-genomic-microbial-metabolic.html بازیابی شده است.
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به غیر از هرگونه معامله منصفانه به منظور مطالعه یا تحقیق خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوای مذکور فقط به هدف اطلاع رسانی ایجاد شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- Supreme Court is shorthanded but could play key role in election
- نظر: MLB فصل در حال حاضر در معرض خطر پس از COVID-19 شیوع بازدید Miami Marlins
- یک اسباب بازی بسازید که هر کسی به آن افتخار کند
- غول نمی خواهد ثبت نام لئونارد ویلیامز برای طولانی مدت تمدید قرارداد
- Makeup Factory China - Does Dimension Matter?
- کاردینالز' Kyler موری 'قطعا' خواهد شد در نظر گرفتن یک زانو
- باربری کاشانی - اتوبار کاشانی - 44440426 - 28% تخفیف ویژه
- Ahmaud Arbery تصویری: کارشناسان حقوقی توضیح دهید که چگونه فریم های کلیدی استفاده می شود در قتل محاکمه
- : گزارش یکی دیگر از روزانه coronavirus رکورد بیش از 230,000 موارد جدید
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی