Микобиом
| Часть серии о |
| Микробиомы |
|---|
 |
Микобиом , микобиота или грибковый микробиом — это грибковое сообщество внутри и на организме. [1] [2] [3]
Слово «микобиом» происходит от древнегреческого μύκης (mukēs), что означает «гриб», с суффиксом «биом», происходящим от греческого βίος (bios), что означает «жизнь». Этот термин был впервые использован в статье Gillevet et al. в 2009 году. [4] [5]
Большинство видов грибов являются разлагателями и способны расщеплять сложные полимеры. Грибы обычно встречаются в растительных клетках в эндофитном отношении или в качестве патогена . Большинство растений также образуют мутуалистические отношения с грибами, которые ускоряют поглощение питательных веществ их корневыми структурами. Наиболее распространенными типами, присутствующими в грибных сообществах, обитающих рядом с животными и в водной среде, являются Ascomycota и Basidiomycota . Животные обычно образуют комменсальные отношения с грибами, при этом время от времени возникают патогенные взаимодействия.
Взаимодействие с другими микробами
[ редактировать ]Грибковые микробы относятся к множеству других микробов, участвующих в симбиотических отношениях с многоклеточными организмами. У млекопитающих кишечная флора обычно встречается с чрезвычайно разнообразными популяциями микробов из многих царств , где грибковые популяции составляют менее 1% всего биома кишечника. [6] Из-за сосуществования грибных популяций с другими микробами в большинстве случаев ассоциаций хозяин-симбионт важно оценить общую динамику, которая может возникнуть.
Большинство взаимодействий между микробами в кишечнике являются либо конкурентными , либо кооперативными. [7] Это можно увидеть на примере множества грибковых микробов, а также наблюдая за популяциями, получающими лечение антибиотиками и противогрибковыми препаратами . Исследования микробных популяций на животных моделях привели к заметным колебаниям численности микробов. [8] Лечение антибиотиками в основном показало увеличение присутствия паразитических грибов, что позволяет предположить конкурентное поведение между микробами по отношению к грибам. [9] Кроме того, применение противогрибковых молекул привело к развитию колита у мышей, что позволяет предположить, что комменсальные грибы ответственны за баланс бактериальных популяций, участвующих в дисбактериозе . [10] Несмотря на ограниченные знания о микобиоме кишечника, это исследование показывает, что взаимодействия между грибковыми и бактериальными микробами в кишечнике млекопитающих в значительной степени конкурентны.
Лишайник
[ редактировать ]Лишайники представляют собой симбиотические отношения между широким спектром грибов и фотосинтезирующих микробов, которые представляют собой либо водорослевые хлорофиты , либо цианобактерии . Первичный симбиоз предполагает, что грибы получают энергию от своих фотосинтезирующих симбиотических микробов и, в свою очередь, обеспечивают структурный каркас из гиф. [11] Эти взаимодействия классически рассматриваются как мутуалистические, но возникают сомнения, могут ли грибы также играть контролируемую паразитическую роль. [12] [13]
Растения
[ редактировать ]Растения также имеют мутуалистические симбиотические отношения с грибковыми сообществами, которые находятся в богатом микробами слое почвы, называемом ризосферой . [14] Грибки могут передаваться потомству растений вертикально или горизонтально через диффузию грибов в почве. [15] Независимо от способа передачи, наиболее распространенные случаи грибкового симбиоза растений происходят, когда грибковые сообщества колонизируют корневую структуру растения. Есть некоторые случаи симбиоза, которые начинаются до созревания, например, в семействе Орхидные , в котором симбиоз начинается на фазе прорастания семян . [15] Арбускулярные микоризные грибы снабжают растения необходимыми неорганическими питательными веществами (в виде минералов) для 80% видов наземных растений. Взамен растение будет обеспечивать грибы усваиваемым растениями углеродом, который легко метаболизируется и используется для получения энергии. [16]
Эволюционный симбиоз
[ редактировать ]Секвенирование ДНК и летопись окаменелостей предоставили доказательства того, что эти мутуалистические отношения между грибами и растениями чрезвычайно древние. Предполагается даже, что различные подвиды грибов сыграли важную роль в формировании иммунной системы растений на ранних этапах эволюции растений, колонизирующих сушу. [17] Определенные кластеры генов растения, в геноме используемые для кодирования фунгицидных свойств, таких как выработка изофлавоноидов в растениях семейства Fabaceae , токсичны и используются для регулирования роста ожидаемого присутствия грибов. [18] В результате коэволюционной реакции сообщества арбускулярных грибов быстро размножаются и эволюционно отбираются для развития специфических кластеров генов, предназначенных для детоксикации и метаболизма широкого спектра органических противогрибковых химических веществ. [19] Этот обмен эволюционным давлением дал множеству видов растений лучшие иммунные системы, одновременно предоставив мутуалистическим грибным сообществам новые источники растительной энергии на геномном уровне. [18]
Насекомые
[ редактировать ]
Взаимодействия между грибами и насекомыми невероятно распространены, и большинство этих отношений являются либо комменсальными, либо патогенными. [20]
Комменсал
[ редактировать ]Комменсальные отношения обычно приносят пользу насекомым, позволяя им переваривать твердые материалы, такие как древесина. Например, кишки жука-пассалида , питающегося древесиной , населены бактериями , дрожжами и другими эукариотическими организмами, которые способствуют пищеварению и усвоению питательных веществ. Без помощи дрожжей, расщепляющих ксилозу из растительных клеток, эти жуки не смогли бы эффективно переваривать этот жесткий материал. [21]
Патогенный
[ редактировать ]Патогенные грибы насекомых медленно убивают своих хозяев, быстро размножаясь внутри зараженного насекомого. Обычно они прикрепляются к внешней поверхности насекомого в виде спор , а затем прорастают, перфорируют кутикулу и колонизируют внутреннюю полость. Насекомое обычно погибает, а новые споры рассеиваются из репродуктивных структур тела насекомого. [22]
Ярким примером энтомопатогенного гриба является Ophiocordyceps uniternalis , прозванный грибом-зомби-муравьем. Гриб заражает муравьев и изменяет их естественные модели поведения, заставляя муравьев покидать привычную среду обитания на деревьях в пользу лесной подстилки – более подходящей среды для роста грибов. Затем насекомые прикрепляются к нижней стороне листа, пока тот не погибнет. Грибковые споры затем прорастают из головы мертвого муравья и рассеиваются. [23] [24]
Одно из первых описаний патогенных для насекомых грибов было опубликовано в 1835 году во время заражения Beauveria bassiana популяции тутового шелкопряда, что нанесло ущерб шелковой промышленности. [25]
Люди
[ редактировать ]В большинстве участков тела человека, таких как желудочно-кишечный тракт, наблюдается низкая численность грибов, где грибы обычно составляют всего 0,001–0,1% микробного сообщества. [26] [27] Однако в некоторых местах, например в ушном канале, грибы составляют значительную часть микробиома. [28]
Микобиом имеет отношение к физиологии человека, поскольку грибы могут играть важную роль в поддержании структуры микробного сообщества, метаболических функций и активации иммунитета. [29] [30] Взаимность между людьми и грибами еще недостаточно изучена, и еще многое предстоит узнать о том, как грибы взаимодействуют с негрибковыми компонентами микробиома.
Многие заболевания человека, включая гепатит , муковисцидоз , ожирение и воспалительные заболевания кишечника , связаны с изменениями в микобиоме человека. [31] [32] Было высказано предположение, что любая грибковая колонизация желудочно-кишечного тракта является признаком заболевания. [26] Более того, обнаружение опухолеассоциированных микобиомов может стать новым способом скрининга рака – его можно использовать в синергии с другими биомаркерами , такими как бактериомы. [33] [34] [35]
Грибковые взаимодействия в организме человека-хозяина могут быть оппортунистическими, мутуалистическими, паразитическими, комменсалистическими и аменсалистическими. [36] Хотя существует небольшое количество грибов, которые считаются истинными патогенами, вызывающими заболевания у здоровых людей, большинство грибов считаются условно-патогенными, поражающими только хозяина с ослабленным иммунитетом. [36] В этих случаях повреждение, опосредованное патогеном, зависит от хозяина; Заболевание может возникнуть только в том случае, если у хозяина имеется либо гиперактивная, либо ослабленная иммунная система. Комменсальные отношения между человеком-хозяином и патогеном возможны, когда грибы присутствуют в организме хозяина в течение длительного периода времени, не вызывая заболевания. Одним из примеров гриба, который образует комменсальные отношения с человеком-хозяином, является Cryptococcus. [36] Candida albicans также может формировать длительные комменсальные отношения со своим хозяином.
Некоторые грибы являются нишевыми симбионтами человека-хозяина. Некоторые грибы могут быть занесены хозяину из окружающей среды при контакте с кожей, оральным или респираторным путем, тогда как другие передаются вертикально при рождении. [36]
В желудочно-кишечном тракте человека обнаружено около 50 родов грибов. Некоторые приобретаются через пищу хозяина; как таковое, показывает, что стабильность грибковой популяции зависит от диеты хозяина и иммунного статуса хозяина. [36]
Во влагалищной нише обнаружено около 20 родов грибов. Большинство грибов, колонизирующих влагалище, демонстрируют комменсалистические отношения с хозяином, но такие факторы, как использование антибиотиков и беременность, могут влиять на вагинальный микобиом. [37]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Куи Л., Моррис А., Гедин Э. (2013). «Микобиом человека в здоровье и болезни» . Геномная медицина . 5 (7): 63. дои : 10,1186/gm467 . ПМЦ 3978422 . ПМИД 23899327 .
- ^ Ганнум М. (1 февраля 2016 г.). «Микобиом» . Ученый . Проверено 5 февраля 2016 г.
- ^ Зур MJ, Халлен-Адамс HE (2015). «Микобиом кишечника человека: подводные камни и потенциалы - взгляд миколога» . Микология . 107 (6): 1057–73. дои : 10.3852/15-147 . ПМИД 26354806 . S2CID 16731371 .
- ^ Гиллевет П.М., Сикаруди М., Торзилли А.П. (ноябрь 2009 г.). «Анализ разнообразия солончаковых грибов: сравнение дактилоскопии ARISA с секвенированием клонов и пиросеквенированием» . Грибная экология . 2 (4): 160–167. дои : 10.1016/j.funeco.2009.04.001 .
- ^ Гуртлер В., Болл А.С., Сарвеш С. (2019). Нанотехнологии (1-е изд.). Лондон, Великобритания. ISBN 978-0-12-814993-5 . OCLC 1102320963 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Лай Г.К., Тан Т.Г., Павелка Н. (январь 2019 г.). «Микобиом млекопитающих: сложная система в динамических отношениях с хозяином» . Междисциплинарные обзоры Wiley. Системная биология и медицина . 11 (1): e1438. дои : 10.1002/wsbm.1438 . ПМК 6586165 . ПМИД 30255552 .
- ^ Койт К.З., Ракофф-Нахум С. (июнь 2019 г.). «Понимание конкуренции и сотрудничества в микробиоме кишечника млекопитающих» . Современная биология . 29 (11): Р538–Р544. дои : 10.1016/j.cub.2019.04.017 . ПМЦ 6935513 . ПМИД 31163167 .
- ^ Сэм К.Х., Чанг М.В., Чай Л.И. (февраль 2017 г.). «Грибковый микобиом и его взаимодействие с кишечными бактериями хозяина» . Международный журнал молекулярных наук . 18 (2): 330. дои : 10.3390/ijms18020330 . ПМЦ 5343866 . ПМИД 28165395 .
- ^ Азеведо М.М., Тейшейра-Сантос Р., Силва А.П., Крус Л., Рикардо Э., Пина-Ваз С., Родригес А.Г. (2015). «Влияние антибактериальных и неантибактериальных соединений отдельно или в сочетании с противогрибковыми средствами на грибы» . Границы микробиологии . 6 : 669. дои : 10.3389/fmicb.2015.00669 . ПМК 4490243 . ПМИД 26191055 .
- ^ Цю X, Чжан Ф, Ян X, Ву Н, Цзян В, Ли X и др. (май 2015 г.). «Изменения в составе кишечных грибов и их роль у мышей с колитом, вызванным декстрансульфатом натрия» . Научные отчеты . 5 (1): 10416. Бибкод : 2015NatSR...510416Q . дои : 10.1038/srep10416 . ПМК 4445066 . ПМИД 26013555 .
- ^ «Что такое лишайник? | Британское общество лишайников» . www.britishlichensociety.org.uk . Проверено 23 апреля 2021 г.
- ^ Онеггер, Розмари (1993). «Биология развития лишайников» . Новый фитолог . 125 (4): 659–677. дои : 10.1111/j.1469-8137.1993.tb03916.x . ISSN 1469-8137 . ПМИД 33874446 .
- ^ Ахмаджян, Вернон; Джейкобс, Джером Б. (январь 1981 г.). «Взаимоотношения между грибом и водорослью в лишайнике Cladonia cristatella Tuck» . Природа . 289 (5794): 169–172. Бибкод : 1981Natur.289..169A . дои : 10.1038/289169a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 4324978 .
- ^ Пагано М.С., Корреа Э.Дж., Дуарте Н.Ф., Еликбаев Б., О'Донован А., Гупта В.К. (февраль 2017 г.). «Достижения в области экоэффективного сельского хозяйства: микобиом растений и почвы» . Сельское хозяйство . 7 (2): 14. doi : 10.3390/aggricultural7020014 . hdl : 10379/13386 .
- ^ Jump up to: а б Вуянович В., Ислам М.Н., Дайда П. (декабрь 2019 г.). «Трансгенерационная роль микобиома семян - эндосимбиотической грибковой композиции как предпосылка стрессоустойчивости и адаптивных фенотипов у Triticum» . Научные отчеты . 9 (1): 18483. Бибкод : 2019НатСР...918483В . дои : 10.1038/s41598-019-54328-2 . ПМК 6898677 . ПМИД 31811154 .
- ^ Бегум Н., Цинь С., Ахангер М.А., Раза С., Хан М.И., Ашраф М. и др. (2019). «Роль арбускулярных микоризных грибов в регуляции роста растений: влияние на устойчивость к абиотическому стрессу» . Границы в науке о растениях . 10 : 1068. дои : 10.3389/fpls.2019.01068 . ПМК 6761482 . ПМИД 31608075 .
- ^ Хан, Гуань-Чжу (2019). «Происхождение и эволюция иммунной системы растений» . Новый фитолог . 222 (1): 70–83. дои : 10.1111/nph.15596 . ISSN 1469-8137 . ПМИД 30575972 .
- ^ Jump up to: а б Глюк-Талер, Эмиль; Слот, Джейсон К. (июль 2018 г.). «Специализированная биохимия растений стимулирует кластеризацию генов у грибов» . Журнал ISME . 12 (7): 1694–1705. дои : 10.1038/s41396-018-0075-3 . ISSN 1751-7370 . ПМК 6018750 . ПМИД 29463891 .
- ^ Позо, Мария Дж.; Сабалгогеаскоа, Иньиго; Васкес Де Алдана, Беатрис Р.; Мартинес-Медина, Эноа (01 апреля 2021 г.). «Раскрытие потенциала растительных микобиомов для применения в сельском хозяйстве» . Современное мнение в области биологии растений . 60 : 102034. doi : 10.1016/j.pbi.2021.102034 . ISSN 1369-5266 . ПМИД 33827007 . S2CID 233183218 .
- ^ Пей К.Г., Кеннеди П.Г., Талбот Дж.М. (июль 2016 г.). «Размеры биоразнообразия в микобиоме Земли». Обзоры природы. Микробиология . 14 (7): 434–47. дои : 10.1038/nrmicro.2016.59 . ПМИД 27296482 . S2CID 9181959 .
- ^ Блэквелл М. (июнь 2017 г.). «Глава 46: Созданы друг для друга: аскомицетовые дрожжи и насекомые». В Хейтман Дж., Хоулетт Б.Дж., Кроус П.В., Стукенброк Э.Х., Джеймс Т.А., Гоу Н.А. (ред.). Грибное царство . Том. 5. Американское общество микробиологии. стр. 945–962. doi : 10.1128/microbiolspec.funk-0081-2016 . ISBN 978-1-55581-957-6 . ПМИД 28597823 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Фернандес Э.Г., Валерио Х.М., Фельтрин Т., Ван Дер Санд С.Т. (апрель 2012 г.). «Изменчивость продукции внеклеточных ферментов энтомопатогенными грибами, выращенными на разных субстратах» . Бразильский журнал микробиологии . 43 (2): 827–33. дои : 10.1590/S1517-83822012000200049 . ПМЦ 3768820 . ПМИД 24031896 .
- ^ Ловетт Б., Сент-Леже Р.Дж. (март 2017 г.). «Насекомые-возбудители». В Хейтман Дж., Хоулетт Б.Дж., Кроус П.В., Стукенброк Э.Х., Джеймс Т.А., Гоу Н.А. (ред.). Грибное царство . Том. 5. Американское общество микробиологии. стр. 925–943. doi : 10.1128/microbiolspec.funk-0001-2016 . ISBN 978-1-55581-957-6 . ПМИД 28256192 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Монгколсамрит С., Кобму Н., Тасанатай К., Хонсанит А., Нойсрипум В., Шрикитикульчай П. и др. (ноябрь 2012 г.). «Жизненный цикл, диапазон хозяев и временные вариации Ophiocordyceps uniternalis/Hirsutella formicarum на муравьях-муравьях». Журнал патологии беспозвоночных . 111 (3): 217–24. дои : 10.1016/j.jip.2012.08.007 . ПМИД 22959811 .
- ^ Штейнгауз Э.А. (октябрь 1956 г.). «Микробный контроль — возникновение идеи. Краткая история патологии насекомых в девятнадцатом веке» . Хилгардия . 26 (2): 107–160. дои : 10.3733/hilg.v26n02p107 . ISSN 0073-2230 .
- ^ Jump up to: а б Аухтунг Т.А., Фофанова Т.Ю., Стюарт С.Дж., Нэш А.К., Вонг М.С., Гезелл Дж.Р. и др. (2018). «Исследование колонизации желудочно-кишечного тракта здорового взрослого человека грибами» . мСфера . 3 (2): e00092–18. дои : 10.1128/mSphere.00092-18 . ПМЦ 5874442 . ПМИД 29600282 .
- ^ Цинь Дж., Ли Р., Раес Дж., Арумугам М., Бургдорф К.С., Маничан С. и др. (март 2010 г.). «Каталог генов микробов кишечника человека, созданный с помощью метагеномного секвенирования» . Природа . 464 (7285): 59–65. Бибкод : 2010Natur.464...59. . дои : 10.1038/nature08821 . ПМЦ 3779803 . ПМИД 20203603 .
- ^ О Дж., Берд А.Л., Пак М., Конг Х.Х., Сегре Дж.А. (май 2016 г.). «Временная стабильность микробиома кожи человека» . Клетка . 165 (4): 854–66. дои : 10.1016/j.cell.2016.04.008 . ПМК 4860256 . ПМИД 27153496 .
- ^ Начальный ПК (ноябрь 2014 г.). «Микобиом человека» . Перспективы Колд-Спринг-Харбора в медицине . 5 (5): а019810. doi : 10.1101/cshperspect.a019810 . ПМЦ 4448585 . ПМИД 25384764 .
- ^ Пфлюгофт К.Дж., Версалович Дж. (2012). «Микробиом человека в здоровье и болезни». Ежегодный обзор патологии . 7 : 99–122. doi : 10.1146/annurev-pathol-011811-132421 . ПМИД 21910623 .
- ^ Мар Родригес М., Перес Д., Хавьер Чавес Ф., Эстеве Э., Марин-Гарсия П., Ксифра Г. и др. (октябрь 2015 г.). «Ожирение меняет микобиом кишечника человека» . Научные отчеты . 5 : 14600. Бибкод : 2015NatSR...514600M . дои : 10.1038/srep14600 . ПМК 4600977 . ПМИД 26455903 .
- ^ Акерман А.Л., Андерхилл Д.М. (январь 2017 г.). «Микобиом мочевыводящих путей человека: потенциальная роль грибов в урологии» . Анналы трансляционной медицины . 5 (2): 31. дои : 10.21037/атм.2016.12.69 . ПМК 5300854 . ПМИД 28217696 .
- ^ Циммер, Карл (29 сентября 2022 г.). «Новый подход к обнаружению опухолей: ищите в них микробы» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 19 октября 2022 г.
- ^ Долман, Андерс Б.; Клюг, Джаред; Меско, Марисса; Гао, Ирис Х.; Липкин, Стивен М.; Шен, Силин; Илиев, Илиян Д. (29 сентября 2022 г.). «Анализ панракового микобиома выявил участие грибков в опухолях желудочно-кишечного тракта и легких» . Клетка . 185 (20): 3807–3822.e12. дои : 10.1016/j.cell.2022.09.015 . ISSN 0092-8674 . ПМЦ 9564002 . ПМИД 36179671 .
- ^ Нарунский-Хазиза, Лиан; Сепич-Пур, Грегори Д.; Ливятан, Илана; Асраф, Омер; Мартино, Кэмерон; Нейман, Дебора; Гаверт, Нэнси; Стаич, Джейсон Э.; Амит, Гай; Гонсалес, Энтони; Вандро, Стивен; Перри, Джилли; Ариэль, Рути; Мельцер, Арнон; Шаффер, Джастин П.; Чжу, Циюнь; Балинт-Лахат, Нора; Баршак, Ирис; Дадиани, Майя; Гал-Ям, Эйнав Н.; Патель, Сандип Правин; Башан, Амир; Сваффорд, Остин Д.; Пильпель, Ицхак; Найт, Роб; Штраусман, Равид (29 сентября 2022 г.). «Анализы панрака выявляют грибковую экологию и взаимодействие бактериомов, специфичные для каждого типа рака» . Ячейка 185 (20):3789–3806.e17. дои : 10.1016/j.cell.2022.09.005 . ISSN 0092-8674 . ПМЦ 9567272 . ПМИД 36179670 .
- ^ Jump up to: а б с д и Холл РА, Новерр MC (декабрь 2017 г.). «Взаимодействие грибов с человеком-хозяином: изучение спектра симбиоза» . Современное мнение в микробиологии . 40 : 58–64. дои : 10.1016/j.mib.2017.10.020 . ПМЦ 5733695 . ПМИД 29132066 .
- ^ Холл, Ребекка А; Новерр, Майри С (декабрь 2017 г.). «Взаимодействие грибов с человеком-хозяином: изучение спектра симбиоза» . Современное мнение в микробиологии . 40 : 58–64. дои : 10.1016/j.mib.2017.10.020 . ПМЦ 5733695 . ПМИД 29132066 .