$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
ההבנה הנוכחית של תפקידי המיקרואורגניזמים בטבע, בבריאות ובמחלות עדיין מבוססת בעיקר על מחקרים עם תרביות טהורות. אולם תחום המחקר הזה מורכב הרבה יותר, מאחר שרוב החיידקים אינם ניתנים לתרבות בתנאי מעבדה, מה שמוביל אותנו לשאלה הפילוסופית כיצד לחשוף תפקודים מיקרוביאליים אם איננו יודעים אפילו את דרישות הגדילה של חלק גדול מהמיקרוביוטה הטבעית. התאוששות של מיקרואורגניזמים מסביבות מורכבות (כלומר, אדמה, ליחה, מטריצות מזון) תלויה במידה רבה בידע על גורמים אביוטיים כגון לחות, פעילות מים, pH, מליחות, הרכב האטמוספירה, טמפרטורה ומקורות תזונתיים 1,2. יתר על כן, במטריצות מורכבות, האינטראקציות המיקרוביאליות (כלומר, תחרות, אנטגוניזם) הן גם בעלות חשיבות מרכזית. לפיכך, המודלים החזקים ביותר למחקרי אקולוגיה מיקרוביאלית צריכים לקחת בחשבון גורמים אביוטיים וביוטיים כדי לחקות טוב יותר את הקהילות האוטוכטוניות.
ההתקדמות של טכנולוגיות מבוססות אומיקס כגון מטטקסונומיקה, מטגנומיקה, מטא-טרנסקריפטומיקה, מטבולומיקה וריצוף גנים חד-תאיים של קהילות מיקרוביאליות סיפקו תיאור מעמיק יותר של התכונות המטבוליות והטקסונומיות של מערכות אקולוגיות מיקרוביאליות, ויצרו נתונים על מיקרוביוטה ניתנת לתרבות ולא ניתנת לתרבות 1,3. חוץ מזה, הטכניקות החדשניות הללו שופכות אור גם על היחסים המורכבים בין מיקרואורגניזמים ממזון, אדם, בעלי חיים, אדמה ומיקרוביום צמחי. במקביל, פרדיגמה מעניינת נוספת באקולוגיה מיקרוביאלית היא קולטורומיקה, מונח שהוצג על ידי Lagier et al.4, המייצג התאוששות של מיני חיידקים שהתעלמו מהם בעבר מהמעי האנושי באמצעות שיטות תרבות בתפוקה גבוהה וזיהוי טקסונומי של ספקטרומטריית מסה MALDI-TOF 4,5. בעיקרון, בגישה זו, הדגימות מחולקות ומעובדות למצעי תרבית שונים ומודגרות בתנאים שונים של טמפרטורה, לחץ או גורמים אביוטיים אחרים על מנת להגדיל את ההסתברות לבידוד חיידקים מדגימות מורכבות5. בסך הכל, שיטות מבוססות אומיקס וקולטורומיקה מאפשרות גישה למידע לגבי הגורמים האביוטיים והביוטיים הדרושים לחיידקים על מנת לחקות את המערכות האקולוגיות המקוריות שלהם בתנאי מעבדה.
באוסף שיטות זה מוצגות תרומות מקבוצות מחקר שונות ממדינות שונות המדווחות על התקדמות מחקרי אקולוגיה מיקרוביאלית הקשורים לשיטות מבוססות אומיקס ותרבות. מחקרים על השימוש במטא-טקסונומיקה (הידועה גם בשם מטברקוד) הם בסיסיים לניטור סביבות מורכבות ולהרכבת פרופילים מיקרוביאליים ניתנים לתרבות ובלתי ניתנים לתרבות בנישות אקולוגיות מגוונות. Yarimizu et al.6 מספקים מתודולוגיה חזקה להערכת פריחת אצות במערכות אקולוגיות ימיות ומטפלים בעניין חשוב באקולוגיה מיקרוביאלית על ידי תיאור דגימה נאותה ואסטרטגיה לניתוח נתונים כדי להפוך את המחקרים לניתנים לשחזור. בהסתמך על טכניקות מיקרוסקופיות ופיזיקוכימיות, המחברים מאמתים שיטה לסינון דגימות מי ים כדי לזהות מיני אצות פוטנציאליים המעורבים בהפסדים כלכליים בחקלאות ימית של מוצרי דגים מסחריים.
דאגה בסיסית נוספת באקולוגיה היא מידור של חיידקים (כלומר, התפלגות המכלול שלהם). Pioli et al.7 מציגים פלטפורמה מיקרופלואידית הבנויה באופן גיאומטרי על בסיס מטריצה פולימרית פולידימתילסילוקסן (PDMS) ללכידת חיידקים, תוך שימוש ב-Escherichia coli כדוגמה. המחברים מראים כי הדינמיקה המרחבית בתנאים מבוקרים מסייעת בהבנת האינטראקציות המיקרוביאליות והפיזיולוגיה של מיקרואורגניזם יחיד. חוץ מזה, Masters-Clark et al.8 מראים גם את היישום של פלטפורמת מיקרופלואידיקה המבוססת על PDMS לחקר אינטראקציות פטרייתיות-פטרייתיות ופטרייתיות-חיידקיות בסביבה מבוקרת. ההבדלים העיקריים בין הפרוטוקולים טמונים בתכנון התעלות כך שיתאימו למיקרואורגניזמים, בהתחשב בכך שכדי לשחזר את גיאומטריית הקרקע וכדי למנוע צמיחה פטרייתית קיצונית במטריצה, יש להעריך בקפידה את התעלות בפרוטוקול של מאסטר-קלארק ואחרים.6, בעוד שבפרוטוקול של פיולי ואחרים.5השימוש בדפוס קולואידי מוצע לכיול ויצירת דפוסים מרובי חומרים מורכבים בתכנון המטריצה המיקרופלואידית., מחקרים אלה מספקים פרוטוקולים אלגנטיים להנדסת ניסויים למידול הנישות האקולוגיות היעילות והבסיסיות, שמשמעותן הכדאיות של אורגניזם במגע עם אורגניזמים אחרים במצבים בחיים האמיתיים והפוטנציאל הביוטי של אורגניזם בתנאים אידיאליים לגדול, בהתאמה.
דרך נוספת לאפיין את התפקודים המיקרוביאליים של מיקרוביום, כמו גם לחקות קומפלקסים מיקרוביאליים בתנאי מעבדה, היא על ידי פיתוח מטריצות סינתטיות. בהקשר זה, Vieira et al.10 מציעים שיטה חדשה להדמיית כיח של חולי סיסטיק פיברוזיס, במטרה לחזות את השפעות החמצון על הרכב החיידקים והתוצאות הקליניות של החולים המושפעים.
לבסוף, המאמר של Berni et al.15 מראה כי היישום של תוכנה ייעודית לעיבוד תמונה עם סקריפטים ספציפיים עשוי להיות שימושי להערכת אינטראקציות חיידקיות ואאוקריוטיות בין תאלתא 11,12,13,14. מחברים אלה מתארים פרוטוקול המבוסס על זן סלמונלה הנושא פלסמיד מדווח פלואורסצנטי לתיאור ההתנהגות הפתוגנית של החיידקים במגע עם תאי אפיתל ולהראות כיצד הוא מצטבר ומשתכפל יתר על המידה בסביבה הציטוזולית.
כעורכים אורחים, אנו שמחים שבאמצעות אוסף זה שיתפנו פרוטוקולים מוצלחים מאוד כדי לחקור את הפרדיגמות והצרכים הנוכחיים של אקולוגיה מיקרוביאלית, מה שמזכיר לנו ששיטה אחת אינה מספיקה כדי לגשת למידע הרב בעולם המיקרוביאלי וכי יש צורך להשתמש בכמה שיותר פרוטוקולים כדי לענות על שאלות אקולוגיות.