$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
لا يزال الفهم الحالي لأدوار الكائنات الحية الدقيقة في الطبيعة والصحة والمرض يعتمد بشكل أساسي على الدراسات التي أجريت على الثقافات النقية. ومع ذلك ، فإن هذا المجال من البحث أكثر تعقيدا ، نظرا لأن معظم البكتيريا غير قابلة للزراعة في ظل ظروف المعالجة ، مما يقودنا إلى السؤال الفلسفي حول كيفية الكشف عن الوظائف الميكروبية إذا كنا لا نعرف حتى متطلبات نمو جزء كبير من الكائنات الحية الدقيقة التي تحدث بشكل طبيعي. يعتمد تعافي الكائنات الحية الدقيقة من البيئات المعقدة (مثل التربة والبلغم ومصفوفات الطعام) إلى حد كبير على معرفة العوامل اللاأحيائية مثل الرطوبة والنشاط المائي ودرجة الحموضة والملوحة وتكوين الغلاف الجوي ودرجة الحرارة ومصادر المغذيات1،2. علاوة على ذلك ، في المصفوفات المعقدة ، تكون التفاعلات الميكروبية (أي المنافسة والعداء) ذات أهمية رئيسية أيضا. وبالتالي ، يجب أن تأخذ أقوى النماذج لدراسات البيئة الميكروبية في الاعتبار كلا من العوامل اللاأحيائية والحيوية لتقليد المجتمعات الأصلية بشكل أفضل.
قدم تقدم التقنيات القائمة على omics مثل علم التصنيف ، وعلم الميتاجينوم ، وعلم النسخ ، وعلم الأيض ، وتسلسل الجينات أحادية الخلية للمجتمعات الميكروبية وصفا أكثر تعمقا للسمات الأيضية والتصنيفية للنظم البيئية الميكروبية ، مما أدى إلى توليد بيانات عن الكائنات الحية الدقيقة القابلة للزراعة وغير القابلة للزراعة1،3. إلى جانب ذلك ، تلقي هذه التقنيات الجديدة أيضا الضوء على العلاقات المعقدة بين الكائنات الحية الدقيقة من الغذاء والإنسان والتربة والميكروبيوم النباتي. في موازاة ذلك ، هناك نموذج آخر مثير للاهتمام في علم البيئة الميكروبية وهو علم الثقافة ، وهو مصطلح قدمه Lagier et al.4 ، والذي يمثل استعادة الأنواع البكتيرية التي تم التغاضي عنها سابقا من الأمعاء البشرية باستخدام طرق الاستزراع عالية الإنتاجية وتحديد تصنيف قياس الطيف الكتلي MALDI-TOF4،5. في الأساس ، باستخدام هذا النهج ، يتم تقسيم العينات ومعالجتها إلى وسائط ثقافة مختلفة واحتضانها في ظل ظروف مختلفة من درجة الحرارة أو الضغط أو العوامل اللاأحيائية الأخرى من أجل زيادة احتمالية عزل البكتيريا من العينات المعقدة5. بشكل عام ، تسمح الأساليب القائمة على omics والثقافات بالوصول إلى المعلومات المتعلقة بالعوامل اللاأحيائية والحيوية التي تحتاجها البكتيريا من أجل تقليد أنظمتها البيئية الأصلية في الظروف المختبرية.
في مجموعة الأساليب هذه ، يتم تقديم مساهمات من مجموعات بحثية مختلفة من بلدان متنوعة تقدم تقريرا عن تقدم دراسات البيئة الميكروبية المتعلقة بالأساليب القائمة على omics وعلم الثقافة. تعد الدراسات حول استخدام metataxonomics (المعروفة أيضا باسم metabarcode) أساسية لمراقبة البيئات المعقدة وتجميع الملامح الميكروبية القابلة للزراعة وغير القابلة للزراعة في منافذ بيئية متنوعة. يوفر Yarimizu et al.6 منهجية قوية لتقييم تكاثر الطحالب في النظم البيئية البحرية ومعالجة مسألة مهمة في علم البيئة الميكروبية من خلال وصف أخذ العينات الكافية واستراتيجية لتحليل البيانات لجعل الدراسات قابلة للتكرار. ومن خلال التحليل المجهري والتقنيات الفيزيائية والكيميائية، يتحقق المؤلفون من صحة طريقة لفحص عينات مياه البحر للكشف عن أنواع الطحالب المحتملة المتورطة في الخسائر الاقتصادية في تربية الأحياء المائية للمنتجات السمكية التجارية.
مصدر قلق أساسي آخر في علم البيئة هو تجزئة الميكروبات (أي توزيع تجميعها). يقدم Pioli et al.7 منصة موائع دقيقة مبنية هندسيا على أساس مصفوفة بوليمرية polydimethylsiloxane (PDMS) لاحتجاز البكتيريا ، باستخدام الإشريكية القولونية كمثال. يوضح المؤلفون أن الديناميكيات المكانية في الظروف الخاضعة للرقابة تساعد في فهم التفاعلات الميكروبية وفسيولوجيا الكائنات الحية الدقيقة الفردية. إلى جانب ذلك ، يظهر Masters-Clark et al.8 أيضا تطبيق منصة الموائع الدقيقة القائمة على PDMS لدراسة التفاعلات الفطرية والفطرية والبكتيرية في بيئة خاضعة للرقابة. تكمن الاختلافات الرئيسية بين البروتوكولات في تصميم القنوات لاستيعاب الكائنات الحية الدقيقة ، مع الأخذ في الاعتبار أنه لإعادة إنتاج هندسة التربة وتجنب النمو الفطري الشديد في المصفوفة ، يجب تقييم القنوات بعناية في بروتوكول Master-Clark et al.6 ، بينما في البروتوكول بواسطة Pioli et al.5، يقترح استخدام الزخرفة الغروية لمعايرة وتوليد أنماط معقدة متعددة المواد في تصميم مصفوفة الموائع الدقيقة. توفر هذه الدراسات بروتوكولات أنيقة لهندسة التجارب لنمذجة المنافذ البيئية الفعالة والأساسية ، مما يعني جدوى الكائن الحي على اتصال مع الكائنات الحية الأخرى في مواقف الحياة الواقعية والإمكانات الحيوية للكائن الحي في ظل ظروف مثالية للنمو ، على التوالي9.
هناك طريقة أخرى لتوصيف الوظائف الميكروبية للميكروبيوم ، وكذلك لتقليد المجمعات الميكروبية في ظروف الاختبار ، وهي تطوير المصفوفات الاصطناعية. في هذا السياق ، يقترح Vieira et al.10 طريقة جديدة لمحاكاة بلغم مرضى التليف الكيسي ، بهدف التنبؤ بآثار الأكسجين على التركيب الميكروبي والنتائج السريرية للمرضى المصابين.
أخيرا ، تظهر الورقة البحثية التي أعدها بيرني وآخرون 15 أن تطبيق برنامج معالجة الصور المخصص مع نصوص محددة قد يكون مفيدا لتقييم التفاعلات البكتيرية وحقيقية النواة من خلية إلى خلية11،12،13،14. يصف هؤلاء المؤلفون بروتوكولا يعتمد على سلالة السالمونيلا التي تحمل بلازميد مراسل مضان لوصف السلوك الممرض البكتيري عند ملامسته للخلايا الظهارية وإظهار كيفية تراكمها وتكرارها المفرط في بيئة العصارة الخلوية.
بصفتنا محررين ضيوف ، يسعدنا أننا ، من خلال هذه المجموعة ، شاركنا بروتوكولات ناجحة للغاية لاستكشاف النماذج والاحتياجات الحالية للبيئة الميكروبية ، لتذكيرنا بأن طريقة واحدة لا تكفي للوصول إلى العديد من المعلومات في العالم الميكروبي وأنه من الضروري استخدام أكبر عدد ممكن من البروتوكولات للإجابة على الأسئلة البيئية.