Разъединение микробиоты и свиноводства – почему мы еще не пришли к этому? Часть 1

В последние несколько лет вы, скорее всего, сталкивались с понятием «микробиота» свиней. Во многих научных исследованиях изучалась микробиота и ее влияние на продуктивность и здоровье, но четкого представления о том, как выглядит «здоровая микробиота», нет. Что такое микробиота и как она может помочь сохранить здоровье свиней? Поговорим об этом здесь.

Микробиота — это слово, придуманное с использованием экологического термина «биота», который означает любую форму жизни, встречающуюся в данном регионе или среде обитания. Таким образом, микробиота относится к микроскопической биоте — всем микроорганизмам, обнаруженным в данном месте (например, состав микробиоты кишечника свиньи показан на рисунке 1). Этот термин включает бактериоту (только при упоминании бактерий), вироту (только для вирусов) или микобиоту (только для грибов). Это понятие не следует путать с микробиомом (или другими терминами, оканчивающимися на «-ome»), что означает совокупность геномов в данном образце. Геномы представляют собой совокупность генов данного организма. Микробиота и микробиом — это не одно и то же, но они часто взаимозаменяемы.

Изучение микробиоты является чрезвычайно сложной темой, вызывающей много вопросов. На самом деле, большинство исследований «микробиоты» изучают что-то другое. В отличие от биолога, использующего бинокль для наблюдения за дикими арами в бразильских тропических лесах, микробиологи не могут просто смотреть на вирусы и наблюдать, как они взаимодействуют. На самом деле мы не можем выращивать многие микроорганизмы в лаборатории, используя обычные протоколы (Kogure et al., 1979; Staley and Konopka, 1985). Это проблема была настолько существенна, что ученые назвали ее «большой аномалией подсчета пластин»: явление, при котором под микроскопом можно наблюдать множество различных микроорганизмов, но лабораторная культура не дает такого разнообразия (рис. 2). Это объясняется нашим ограниченным пониманием потребностей каждого микроорганизма в питательных веществах и окружающей среде — мы, вероятно, знаем лишь очень ограниченную долю всех микробов. Итак, как же изучать микробиоту?

Ответ заключается в секвенировании: мы секвенируем их геномы и используем последовательность их ДНК, чтобы идентифицировать их и понять, как они взаимодействуют друг с другом и со своими хозяевами-свиньями. Последовательность ДНК каждого микроба (и любого другого живого существа) функционирует как штрих-код. «Отсканировав» этот штрих-код, мы можем идентифицировать «продукт» (микроб). Следовательно, подавляющее большинство того, что мы знаем о микробиоте, исходит из знаний о микробиоме. Но почему мы не можем «приручить» микробиоту, как мы это сделали с собаками 10 000 лет назад, и заставить ее работать на нас?

До сих пор большая часть исследований была сосредоточена на ответе на вопрос «кто там?» в микробиоме. Хотя это важный шаг, сейчас наблюдается сдвиг в сторону признания того, что даже более важным, чем понимание «кто», является знание того, «что они делают?». Кроме того, есть несколько ньансов, когда речь идет о технологиях секвенирования ДНК и переводе этих (больших объемов) данных в решения, полезных в корпусах:

• ДНК присутствует везде. Это означает, что загрязнители вводятся почти на каждом этапе анализа (Salter et al., 2014), что может исказить данные и результаты, если нет очень надежных средств контроля, а часто их нет;
• Инструменты, используемые для анализа данных о микробиоме, не стандартизированы, и каждому из них свойственна необъективность. Это означает, что очень сложно сравнивать данные одного исследования с другим;
• Существует МНОЖЕСТВО микробов (только в толстой кишке их 1014). Все они разные, и у нас очень мало информации о том, что из себя представляет большинство из них, что они могут делать и как они это делают;
• Любая значительная активность обычно исходит от редких микробов – это означает, что мы ищем иголку в стоге сена, не зная, как выглядит иголка;
• Существуют взаимодействия между микробами, о которых мы не знаем и которые не понимаем, так как же мы можем их искать?
• Микробиота сложна и ОЧЕНЬ изменчива. Он варьируется между хозяевами (свинья и корова), между участками (глаз свиньи и рот свиньи), между временем суток (утро или ночь) (Liang and FitzGerald, 2017; Voigt et al., 2016). По сути, каждый раз, когда мы смотрим, мы видим нечто иное.

Существует мнение, что некоторые из этих проблем будут решены в ближайшие несколько лет по мере того, как технологии секвенирования ДНК станут более эффективными и доступными, а также будет разработано улучшение обнаружения загрязняющих веществ. В нашей следующей статье из этой серии мы рассмотрим, как мы интерпретируем данные о микробиоме, что мы уже знаем о микробиоме свиней и как продвигается использование его потенциала для улучшения здоровья и продуктивности.