زیست شناسان دانشگاه مریلند اولین شبیه سازی ریاضی جوامع باکتریایی را توسعه داده اند که شامل فعل و انفعالات پیچیده و تکامل سریع بین باکتری ها می شود و منعکس کننده تنوع گسترده گونه های مشاهده شده در زندگی واقعی است.
کار آنها، منتشر شده در 4 ژانویه 2022 اطلاعیه های آکادمی ملی علوم، یک چارچوب نظری جدید برای مطالعه جوامع باکتریایی ایجاد می کند و پایه هایی را برای بهبود درمان های پروبیوتیک و آنتی بیوتیک می گذارد.
مطالعه جوامع باکتریایی شبیه تلاش برای درک حیات وحش در دنیایی است که در آن فیل‌های با پوست خاکستری چروکیده و فیل‌های پر به محل آبیاری در کنار پرندگان با خرطوم، گورخرها با فلس‌ها و شیرهایی که طعم علف را توسعه داده‌اند، جمع می‌شوند. ممکن است روز بعد حیوانات جدید با تعداد بیشتری از نژادها ظاهر شوند.
در دنیای باکتری ها، هزاران گونه می توانند در کنار هم در حالت تکامل مایع وجود داشته باشند. تک تک باکتری ها تکه هایی از DNA را از همسایگان خود می ربایند و به سرعت صفات جدیدی به دست می آورند و خطوط بین گونه ها را محو می کنند. علاوه بر هرج و مرج، جامعه در یک وضعیت جنگی دائمی است که توسط اتحادهای پیچیده و همیشه در حال تغییر تعریف شده است. برخی از گونه ها یکدیگر را می بلعند یا سموم را دفع می کنند تا یکدیگر را بکشند یا خنثی کنند، در حالی که به نظر می رسد برخی دیگر از یکدیگر در برابر متجاوزان محافظت می کنند.
انشومان می‌گوید: «این نوع حالت بسیار صاف بین گونه‌ها و این فعل و انفعالات بسیار پیچیده چیزی نیست که ما در اکولوژی و تکامل در مقیاس انسانی خود ببینیم، بنابراین مدل‌های نظری سنتی در توضیح چگونگی گرد هم آمدن جوامع میکروبی و حفظ تنوع مؤثر نبوده‌اند». سویین. ، دکترای علوم زیستی. دانشجوی UMD و نویسنده اصلی مطالعه جدید.
در دسترس بودن ابزار مناسب برای مطالعه جوامع میکروبی مهم است زیرا میکروب ها برای سلامت انسان و زندگی بر روی زمین ضروری هستند. میکروب ها باعث ایجاد بیماری و پیشگیری از آن می شوند، مواد غذایی و مواد زائد را تجزیه می کنند و به تنظیم سیستم ایمنی بدن کمک می کنند. و تنوع گونه ای در جوامع باکتریایی برای همه چیز از سیستم گوارشی سالم گرفته تا پاسخ متعادل به آنتی بیوتیک ها ضروری است.
قوانین متعارف زیست شناسی نشان می دهد که رقابت بین گونه ها باید تنوع را کاهش دهد و منجر به ظهور چندین گونه مجزا و غالب شود. بدیهی است که این قوانین واقعیت را زیر میکروسکوپ منعکس نمی کنند. این تا حدودی به این دلیل است که آنها معمولاً فقط تعاملات بین دو گونه را به طور همزمان در نظر می گیرند و سرعت تکامل مشاهده شده در میکروب ها را در نظر نمی گیرند.
فقدان یک چارچوب نظری پیچیده مناسب که قوانین پیچیده ای را که باعث پویایی جامعه می شود را توضیح دهد، تلاش برای توسعه پیش بینی هایی را که دانشمندان می توانند با آزمایش های معنی دار در دنیای واقعی آزمایش کنند، مختل می کند.
سواین می‌گوید: «تئوری بسیار کمی وجود داشت که شامل تعاملات پیچیده بود تا به آزمایش‌کنندگان بگوید چه چیزی ممکن است، چه چیزی را باید جستجو کرد، یا انتظار داشت که جامعه تحت شرایط خاص چگونه رفتار کند.» "آزمایش با بسیاری از گونه ها بسیار دشوار است، که همه آنها با هم تعامل دارند و بر تعاملات پایین دستی در جامعه تأثیر می گذارند. و سپس چگونه با جهش های سریع در کنار همه چیز مقابله می کنید؟"
برای رسیدگی به این مشکل، سواین با بیل فاگان، استاد زیست‌شناسی دانشگاه UMD و لوی فوسل از دانشگاه ادینبورگ برای توسعه شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای که شامل این پیچیدگی‌های منحصربه‌فرد است، کار می‌کند. پس از انجام بیش از 10 میلیون شبیه‌سازی با پارامترهای مختلف، این تیم سه عامل کلیدی را که بر تنوع گونه‌ها تأثیر می‌گذارند، شناسایی کردند و برای اولین بار جنبه‌هایی از پویایی جامعه میکروبی را شناسایی کردند که آزمایش‌کنندگان می‌توانند هنگام پرسیدن سؤالات در مورد تنوع میکروبی روی آنها تمرکز کنند:
- فعل و انفعالات مرتبه بالاتر، که برهمکنش بین دو یا چند گونه است که توسط یک یا چند گونه اضافی تنظیم می شود. به عنوان مثال، نوع A سمی تولید می کند که نوع B را می کشد، اما نوع C آن سم را در صورتی که نزدیک باشد خنثی می کند و نوع B زنده می ماند.
- انتقال افقی ژن، که "فضای پیوسته برای صفات" ایجاد می کند. این بدان معنی است که اختلاط ژنتیکی باعث می شود که صفات بین گونه های اولیه مختلف مخلوط شوند و منجر به جامعه ای با زنجیره ای از صفات مشترک شود.
- سطوح بالای جهش در میان گونه های موجود در جامعه.
با تمرکز بر این سه عامل، محققان الگوریتم هایی را برای شبیه سازی رشد و تکامل جوامع باکتریایی توسعه دادند. مدل‌های آنها تنوع بی‌سابقه‌ای را در جوامعی با تعداد تقریباً نامحدود گونه‌هایی که ویژگی‌های مشترک را در یک پیوستار دارند، گزارش می‌کنند. (مدل‌های ریاضی سنتی که سعی می‌کردند تعاملات پیچیده بین گونه‌ها را در بر گیرند، معمولاً به پنج گونه مختلف یا کمتر محدود می‌شدند.)
سواین و همکارانش در مدل‌های خود دریافتند که بهترین پیش‌بینی‌کننده تنوع گونه‌ها، زمانی است که جامعه طول می‌کشد تا به تعادل برسد، به این معنی که تعداد باکتری‌ها و فضای فیزیکی که آنها اشغال می‌کنند نسبتاً پایدار است. هنگامی که یک جامعه خیلی سریع یا خیلی آهسته تثبیت می شود، تنوع کاهش می یابد و تنها تعداد کمی از گونه ها غالب می شوند.
اما جایی در میانه، تنوع رشد می کند. در این منطقه میانی، میزان جهش و تحرک باکتری در جامعه (میزان گسترش آن به قلمرو جدید) میزان تنوع در جامعه را دیکته می کند.
با تجهیز به این چارچوب جدید، آزمایش‌کنندگان باید برای مقابله با مسائل مهم، مانند نحوه تولید آنتی‌بیوتیک‌هایی که تنوع را در میکروبیوم روده حفظ می‌کنند یا نحوه جلوگیری از تسلط باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک در عفونت، آمادگی بیشتری داشته باشند.
مقاله تحقیقاتی، "اثرات مرتبه بالاتر، تعاملات مداوم گونه ها، و تکامل صفت، شکل دادن به دینامیک فضایی میکروبی"، Anshuman Swain، Levi Fussell و William F Fagan، در منتشر شده است. PNAS در 4 ژانویه 2022
نقل قول: Rethinking the Wildlife of Species Diversity in Microbes (2022، 5 ژانویه)، بازیابی شده در 5 ژانویه 2022 از https://phys.org/news/2022-01-rethinking-wild-world-species-diversity .html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- قدردانی: برای, John Lewis, یک عمر از ساخت "خوب مشکل' چپ زخم و میراث
- Jada Pinkett Smith and Will Smith تایید قبلی تقسیم فاش کردن جزئیات از August Alsina رابطه
- 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
- فراتر از گوشت و همکاران با مدیریت جدید چین فشار
- 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
- خصوصیات و کاربردهای اسید فرمیک
- 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
- گوچی می گوید: خداحافظی به هفته مد می رود seasonless فقط با دو نشان می دهد که یک سال
- اولین دوقلوهای پاندا در باغ وحش توکیو، طرفداران وفادار
- هزینه انواع روش های لیفت شقیقه - کلینیک خانه سفید