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자연, 건강 및 질병에서 미생물의 역할에 대한 현재의 이해는 여전히 주로 순수 배양에 대한 연구를 기반으로 합니다. 그러나 이 연구 분야는 대부분의 박테리아가 실험실 조건에서 배양할 수 없기 때문에 훨씬 더 복잡하며, 자연적으로 발생하는 미생물군의 상당 부분의 성장 요구 사항조차 알지 못한다면 미생물 기능을 어떻게 밝힐 수 있는지에 대한 철학적 질문으로 이어집니다. 복잡한 환경(즉, 토양, 가래, 식품 매트릭스)에서 미생물의 회수는 수분, 수분 활성도, pH, 염도, 대기 구성, 온도 및 영양 공급원과 같은 비생물적 요인에 대한 지식에 크게 좌우됩니다 1,2. 더욱이, 복잡한 매트릭스에서는 미생물 상호 작용(즉, 경쟁, 길항)도 매우 중요합니다. 따라서 미생물 생태학 연구를 위한 가장 강력한 모델은 토착 군집을 더 잘 모방하기 위해 비생물적 요인과 생물적 요인을 모두 고려해야 합니다.
미생물 군집의 메타분류학, 메타유전체학, 메타전사체학, 대사체학 및 단일 세포 유전자 시퀀싱과 같은 오믹스 기반 기술의 발전은 미생물 생태계의 대사 및 분류학적 특성에 대한 보다 심층적인 설명을 제공하여 배양 가능 및 배양 불가능한 미생물군에 대한 데이터를 생성했습니다 1,3. 게다가 이러한 새로운 기술은 식품, 인간, 동물, 토양 및 식물 미생물군집의 미생물 간의 복잡한 관계를 조명합니다. 이와 동시에, 미생물 생태학의 또 다른 흥미로운 패러다임은 Lagier et al.4에 의해 도입된 용어인 컬uromics로, 이는 고처리량 배양 방법 및 MALDI-TOF 질량 분석법 분류학적 식별을 사용하여 인간 장에서 이전에 간과되었던 박테리아 종의 회수를 나타냅니다 4,5. 기본적으로 이 접근 방식을 사용하면 샘플을 분할하여 서로 다른 배양 배지로 처리하고 온도, 압력 또는 기타 비생물적 요인의 다양한 조건에서 배양하여 복잡한 샘플에서 박테리아를 분리할 확률을 높입니다5. 전반적으로 오믹스 기반 방법과 컬뮤로믹스를 통해 실험실 조건에서 원래의 생태계를 모방하기 위해 박테리아가 필요로 하는 비생물적 및 생물적 요인에 관한 정보에 접근할 수 있습니다.
이 방법 모음에서는 오믹스 기반 방법 및 문화체학과 관련된 미생물 생태학 연구의 발전에 대해 보고하는 다양한 국가의 다양한 연구 그룹의 기여가 제시됩니다. 메타분류학(메타바코드라고도 함)의 사용에 대한 연구는 복잡한 환경을 모니터링하고 다양한 생태학적 틈새에서 배양 가능하고 배양할 수 없는 미생물 프로필을 조립하는 데 필수적입니다. Yarimizu et al.6 은 해양 생태계의 조류 번식을 평가하고 적절한 샘플링과 연구를 재현 가능하게 만들기 위한 데이터 분석 전략을 설명함으로써 미생물 생태학의 중요한 문제를 다루는 강력한 방법론을 제공합니다. 현미경과 물리화학적 기술을 결합하여 저자는 상업용 어류 제품의 양식에서 경제적 손실과 관련된 잠재적인 조류 종을 감지하기 위해 해수 샘플을 스크리닝하는 방법을 검증했습니다.
생태학의 또 다른 근본적인 관심사는 미생물의 구획화(즉, 집합체 분포)입니다. Pioli et al.7 은 대 장균을 예로 들어 박테리아를 가두기 위해 고분자 매트릭스 폴리디메틸실록산(PDMS)을 기반으로 기하학적으로 구축된 미세유체 플랫폼을 제시합니다. 저자는 통제된 조건의 공간 역학이 미생물 상호 작용과 단일 미생물 생리학을 이해하는 데 도움이 된다는 것을 보여줍니다. 게다가, Masters-Clark et al.8 은 통제된 환경에서 곰팡이-진균 및 곰팡이-박테리아 상호 작용을 연구하기 위해 PDMS를 기반으로 한 미세유체 플랫폼의 적용을 보여줍니다. 프로토콜 간의 주요 차이점은 토양 기하학을 재현하고 매트릭스에서 극심한 곰팡이 성장을 피하기 위해 채널을 Master-Clark et al.6 의 프로토콜에서 신중하게 평가해야 하는 반면 Pioli et al.5의 프로토콜에서는 미생물을 수용하기 위한 채널 설계에 있습니다, 콜로이드 패터닝을 사용하여 미세유체 매트릭스 설계에서 복잡한 다중 재료 패턴을 보정하고 생성하는 것이 제안됩니다. 이러한 연구는 효과적이고 근본적인 생태학적 틈새를 모델링하기 위한 실험을 엔지니어링하기 위한 우아한 프로토콜을 제공하며, 이는 실제 상황에서 다른 유기체와 접촉하는 유기체의 생존 가능성과 성장하기에 이상적인 조건에서 유기체의 생물학적 잠재력을 각각 의미합니다9.
마이크로바이옴의 미생물 기능을 특성화하고 실험실 조건에서 미생물 복합체를 모방하는 또 다른 방법은 합성 매트릭스를 개발하는 것입니다. 이러한 맥락에서 Vieira et al.10 은 영향을 받은 환자의 미생물 구성 및 임상 결과에 대한 산소 공급의 영향을 예측하는 것을 목표로 낭포성 섬유증 환자의 객담을 시뮬레이션하는 새로운 방법을 제안합니다.
마지막으로, Berni et al.15의 논문은 특정 스크립트가 있는 전용 이미지 처리 소프트웨어의 적용이 박테리아 및 진핵 생물 세포 간 상호 작용을 평가하는 데 유용할 수 있음을 보여줍니다 11,12,13,14. 이 저자는 상피 세포와 접촉하는 박테리아 병원성 거동을 설명하고 세포질 환경에서 어떻게 축적되고 과복제되는지 보여주기 위해 형광 리포터 플라스미드를 운반하는 살모넬라 균주를 기반으로 하는 프로토콜을 설명합니다.
객원 편집자로서 우리는 이 컬렉션을 통해 미생물 생태학의 현재 패러다임과 요구 사항을 탐구하기 위한 매우 성공적인 프로토콜을 공유하게 된 것을 기쁘게 생각하며, 단일 방법으로는 미생물 세계의 수많은 정보에 접근하기에 충분하지 않으며 생태학적 질문에 답하기 위해 가능한 한 많은 프로토콜을 사용해야 함을 상기시킵니다.