Hologenomik
Hologenomics är omicsstudien av hologenomer . Ett hologenom är hela uppsättningen av genom från en holobiont , en organism tillsammans med alla samboende mikrober , andra livsformer och virus . Medan termen hologenom härstammar från hologenomteorin om evolution , som postulerar att naturligt urval sker på holobiontnivå, använder hologenomics en integrerande ram för att undersöka interaktioner mellan värden och dess associerade arter . Exempel inkluderar tarmmikrober eller virala genom kopplade till mänskliga eller djurs genom för värd-mikrob interaktionsforskning. Hologenomiska metoder har också använts för att förklara genetisk mångfald i de mikrobiella samhällena av marina svampar .
Historia
Ursprunget till hologenomik kretsar kring hologenomteorin om evolution, som beskriver individuella flercelliga organismer , mikrober och virus som etablerar symbiotiska relationer och genomgår samevolution tillsammans. Richard Jefferson introducerade termen "hologenom" för att beskriva värd-symbiontgenomet som en evolutionär enhet. Dessförinnan Lynn Margulis termen "holobiont" för att beskriva värdar och deras associerade arter som en ekologisk enhet.
Eukaryoter-prokaryoter samevolution
De tidigaste bevisen för multicellulära-encelliga interaktioner ses i svampar, som är ett väl studerat hologenomiskt system. Porifera beskrivs ofta som holobionter eftersom de hyser ett brett spektrum av bakterier , arkéer och alger . Mikrobiella samhällen som finns närvarande har observerats för att underlätta metaboliska funktioner och immunsvar . Avkommor ärver dessa mikrobiella kolonier via vertikal och/eller horisontell överföring . Symbiontkolonier överförs genom parentala könsceller i vertikal överföring, medan avkommor förvärvar samma kolonier från sin miljö i horisontell överföring . Vertikal överföring ses också i landlevande organismer som C. ocellatus , där gammaproteobakterier i förälderns tarm överförs vertikalt genom äggkontamination.
Kritik
Evolutionen av hologenomteorin är inte helt accepterad, och forskning inom mikrobiell-värdfylogenetik pågår. Snarare än urvalet av koraller med vissa symbiotiska mikrobiella samhällen, korallblekning helt enkelt vara ett resultat av miljöstressorer , och bakteriell närvaro i blekt korall kan enkelt förklaras som opportunistisk kolonisering . Ubiquity-testning avslöjade också många olika bakterie- och algsymbiioner som inte är associerade med en enda art av korall, vilket tyder på att hologenomik bara identifierar och validerar mekanistiska interaktioner mellan patogener , mikrober och deras värdar.
Exempel på upptäckter med hologenomiska ansatser
- Nanopore-sekvensering -profilering av organellgenom i holobionten C. ashmeadii avslöjade att Rhodospirillaceae var dominerande bland sex förmodade endosymbionter .
- 16S rRNA- sekvensering - Svampspecifika mikrobiella samhällen profilerades med rRNA- och rRNA-gensekvensering, vilket ger insikt i bakteriell mångfald och aktivitet i dessa samhällen.
- Metagenomiskt DNA - Genprofiler för svampmikrobiomer jämfördes med omgivande planktonsamhällen. Kärnfunktionsgener av mikrobiella symbionter uttryckte konsekventa mönster av fylogeni och funktion som skiljer sig från planktoniska prover, vilket visar värd-symbiot-samevolution.
Ansökningar
Medicin
Det antas att den fortsatta förekomsten av icke-infektionssjukdomar är ett resultat av modernisering som minskar mångfalden av symbiotiska mikrober. Det mänskliga mikrobiomet har också korrelerats med många etiologier av icke-smittsamma sjukdomar , såsom hjärnsjukdomar, cancer och hjärtsjukdomar. Interaktioner mellan mänsklig mikrobiom och människors hälsa är komplexa och föreslår ett hologenomiskt tillvägagångssätt.
Sjukdomsbiomarkörer kan hittas genom att undersöka livsstil, genomiska skillnader och mRNA / protein / metabolitprofiler hos patienten och deras mikrobiota . För att undersöka mikrobiomer och specifikt mikrobiotasubgemenskaper som kan bidra till en sjukdomsfenotyp rekommenderas longitudinella studier eftersom alla har en personlig mikrobiom med små skillnader i mikrobiomfylotyper . En personlig plan som hanterar en persons mikrobiom kan sedan utvecklas, med prebiotika som vårdar nyttiga endogena mikrober och probiotika som manipulerar en persons hologenom.
Immunologi
Villkorlig mutualism , där parasiter har mutualistiska effekter under vissa miljömässiga/ekologiska förhållanden, har hittats med holobiont-holobiont-interaktioner. Mognad av däggdjursvärdens immunsystem har varit känt för att involvera mag- tarmflora . Att förstå mikroorganismernas igenkänning av främmande patogen invasion och hur värdimmunitet gynnar den mest idealiska symbionten kan hjälpa till att upptäcka nya terapeutiska behandlingar för att bekämpa utvecklande sjukdomar.
Se även