stringtranslate.com

Микобиом

Микобиом , микобиота или грибковый микробиом — это грибковое сообщество внутри и на поверхности организма. [1] [2] [ 3]

Слово «микобиом» происходит от древнегреческого μύκης (mukēs), что означает «гриб», с суффиксом «биом», полученным от греческого βίος (bíos), что означает «жизнь». Термин был впервые введен в научный оборот в 2009 году в статье Джиллевета и др. [4] [5]

Большинство видов грибов являются редуцентами , способными расщеплять сложные полимеры. Грибы обычно встречаются внутри растительных клеток в эндофитных отношениях 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 грибковых сообществах, которые живут рядом с животными и в водной среде, являются Ascomycota и Basidiomycota . Животные, как правило, образуют комменсальные отношения с грибами, при этом иногда происходит патогенное взаимодействие.

Взаимодействие с другими микробами

Грибковые микробы входят в число самых разнообразных других микробов, участвующих в симбиотических отношениях с участием многоклеточных организмов. У млекопитающих кишечная флора обычно встречается с чрезвычайно разнообразными популяциями микробов из многих царств , где популяции грибов составляют менее 1% всего биома кишечника. [6] Из-за сосуществования популяций грибов 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 и в случае с несколькими грибковыми микробами, наблюдая за популяциями при лечении антибиотиками и противогрибковыми препаратами . Исследования микробных популяций на животных моделях привели к заметным колебаниям в микробных популяциях. [8] Лечение антибиотиками в основном показало увеличение присутствия паразитических грибков, что свидетельствует о конкурентном поведении между микробами против грибков. [9] Кроме того, применение противогрибковых молекул привело к колиту у мышей, что свидетельствует о том, что комменсальные грибы отвечают за балансировку бактериальных популяций, которые участвуют в дисбактериозе . [10] Несмотря на ограниченные знания о микобиоме кишечника, это исследование предполагает, что взаимодействия между грибковыми и бактериальными микробами в кишечнике млекопитающих в значительной степени являются конкурентными.

Лишайник

Лишайники — это симбиотические отношения между широким спектром грибов и фотосинтезирующих микробов, которые являются либо водорослями -хлорофитами , либо цианобактериями . Первичный симбиоз заключается в том, что грибы получают энергию от своих фотосинтезирующих симбиотических микробов, а взамен обеспечивают структурный каркас из гиф. [11] Эти взаимодействия классически рассматриваются как мутуалистические, но были поставлены под сомнение, могут ли грибы также играть контролируемую паразитическую роль. [12] [13]

Растения

Растения также имеют мутуалистические симбиотические отношения с грибковыми сообществами, которые находятся в микробном слое почвы, называемом ризосферой . [14] Грибы могут передаваться вертикально потомству растений или горизонтально через диффузию грибов в почве. [15] Независимо от передачи, наиболее распространенные случаи симбиоза грибков и растений происходят, когда грибковые сообщества колонизируют корневую структуру растений. Существуют некоторые случаи симбиоза, которые начинаются до созревания, например, семейство орхидных , в котором симбиоз начинается на стадии прорастания семян . [15] Арбускулярные микоризные грибы снабжают растения необходимыми неорганическими питательными веществами (в форме минералов) для 80% видов наземных растений. Взамен растение будет обеспечивать грибы усваиваемым растением углеродом, который может легко метаболизироваться и использоваться для получения энергии. [16]

Эволюционный симбиоз

Секвенирование ДНК и ископаемые останки дали доказательства того, что эти мутуалистические отношения между грибами и растениями чрезвычайно древние. Предполагается даже, что различные подвиды грибов играли важную роль в формировании иммунной системы растений в ранние эволюционные моменты колонизации растений на суше. [17] Конкретные кластеры генов в геноме растения, используемые для кодирования фунгицидных свойств, таких как выработка изофлавоноидов в семействе растений Fabaceae , токсичны и используются для регулирования роста ожидаемого присутствия грибов. [18] В коэволюционном ответе сообщества арбускулярных грибов быстро размножаются и эволюционно отбираются для развития определенных кластеров генов для детоксикации и метаболизма широкого спектра органических противогрибковых химикатов. [19] Этот обмен эволюционным давлением дал различным видам растений лучшую иммунную систему, одновременно предоставив мутуалистическим грибковым сообществам новые источники энергии для растений на геномном уровне. [18]

Насекомые

Вверху: Муравей, зараженный грибком Ophiocordyceps unilateralis, прикрепился к нижней стороне листа, из его головы прорастает грибок. Внизу: Деталь Ophiocordyceps unilateralis, прорастающего из головы муравья.

Взаимодействие между грибами и насекомыми невероятно распространено, и большинство этих взаимоотношений являются либо комменсальными, либо патогенными. [20]

Комменсальный

Комменсальные отношения обычно приносят пользу насекомым, позволяя им переваривать жесткие материалы, такие как древесина. Например, кишки жуков-пассалидов, питающихся древесиной, населены бактериями , дрожжами и другими эукариотическими организмами, которые помогают 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

Патогенные грибы насекомых медленно убивают своих хозяев, быстро размножаясь внутри зараженного насекомого. Обычно они прикрепляются к внешней поверхности насекомого в виде спор , прежде чем прорасти, прокалывают кутикулу и колонизируют внутреннюю полость. Насекомое обычно погибает, а новые споры рассеиваются из репродуктивных структур в теле насекомого. [22]

Ярким примером энтомопатогенного грибка является Ophiocordyceps unilateralis , прозванный грибом «зомби-муравей». Гриб заражает муравьев и изменяет их естественные поведенческие модели, заставляя муравьев покидать свою обычную среду на деревьях в пользу лесной подстилки — более подходящей среды для роста грибка. Затем насекомые прикрепляются к нижней стороне листа, пока он не умрет. Затем споры грибка прорастают из головы мертвого муравья и рассеиваются. [23] [24]

Одно из первых описаний патогенных грибов насекомых было опубликовано в 1835 году во время нашествия Beauveria bassiana на популяцию шелкопряда, что нарушило шелковую промышленность. [25]

Люди

В большинстве участков человеческого тела, таких как желудочно-кишечный тракт, грибы встречаются в небольшом количестве, где они обычно составляют всего 0,001–0,1% микробного сообщества. [26] [27] Однако в некоторых местах, таких как ушной канал, грибы составляют значительную часть микробиома. [28]

Микобиом имеет отношение к физиологии человека, поскольку грибы могут играть важную роль в поддержании структуры микробного сообщества, метаболической функции и иммунной активации. [29] [30] Взаимосвязь между людьми и грибами еще недостаточно изучена, и многое еще 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] , и было высказано предположение, что любая грибковая колонизация желудочно-кишечного тракта является признаком заболевания. [26] Более того, обнаружение микобиомов, связанных с опухолями, может быть новым способом скрининга рака — его можно использовать в синергии с другими биомаркерами , такими как бактериомы. [33] [34] [35]

Взаимодействие грибков в организме человека может быть оппортунистическим, мутуалистическим, паразитическим, комменсальным и аменсалистическим. [36] Хотя существует небольшое количество грибов, которые считаются истинными патогенами из-за того, что они вызывают заболевания у здоровых людей, большинство грибов считаются оппортунистическими, поражающими только иммуносупрессированных хозяев. [36] В этих случаях повреждение, вызванное патогеном, зависит от хозяина; заболевание может возникнуть только в том случае, если у хозяина гиперактивная или ослабленная иммунная система. Комменсальные отношения между хозяином-человеком и патогеном возможны, когда грибы присутствуют в организме хозяина в течение длительных периодов времени, не вызывая заболевания. Одним из примеров грибка, который образует комменсальные отношения в организме человека-хозяина, является Cryptococcus. [36] Candida albicans также может образовывать длительные комменсальные отношения со своим хозяином.

Некоторые грибы являются нишевыми симбионтами в человеческом хозяине. Некоторые грибы могут быть введены в хозяина из окружающей среды через контакт с кожей, оральным или респираторным путем, в то время как другие приобретаются вертикально через рождение. [36]

В желудочно-кишечном тракте человека наблюдается около 50 родов грибов. Некоторые из них попадают в организм через то, что ест хозяин; таким образом, это показывает, что стабильность популяции грибов зависит от рациона хозяина и его иммунного статуса. [36]

Около 20 родов грибов были обнаружены в нише влагалища. Большинство грибов, которые колонизируют влагалище, демонстрируют комменсалистические отношения с хозяином, но такие факторы, как использование антибиотиков и беременность, могут влиять на микобиом влагалища. [37]

Ссылки

  1. ^ Cui L, Morris A, Ghedin E (2013). «Человеческий микобиом в здоровье и болезни». Genome Medicine . 5 (7): 63. doi : 10.1186/gm467 . PMC  3978422. PMID  23899327 .
  2. ^ Ghannoum M (1 февраля 2016 г.). "Микобиом". The Scientist . Получено 5 февраля 2016 г.
  3. ^ Suhr MJ, Hallen-Adams HE (2015). «Микобиом кишечника человека: подводные камни и возможности — точка зрения миколога». Mycologia . 107 (6): 1057–73. doi :10.3852/15-147. PMID  26354806. S2CID  16731371.
  4. ^ Gillevet PM, Sikaroodi M, Torzilli AP (ноябрь 2009 г.). «Анализ разнообразия грибов солончаков: сравнение дактилоскопии ARISA с секвенированием клонов и пиросеквенированием». Fungal Ecology . 2 (4): 160–167. doi : 10.1016/j.funeco.2009.04.001 .
  5. ^ Gurtler V, Ball AS, Sarvesh S (2019). Нанотехнология (1-е изд.). Лондон, Соединенное Королевство. ISBN 978-0-12-814993-5. OCLC  1102320963.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  6. ^ Lai GC, Tan TG, Pavelka N (январь 2019). «Микобиом млекопитающих: сложная система в динамических отношениях с хозяином». Wiley Interdisciplinary Reviews. Системная биология и медицина . 11 (1): e1438. doi :10.1002/wsbm.1438. PMC 6586165. PMID  30255552 . 
  7. ^ Coyte KZ, Rakoff-Nahoum S (июнь 2019 г.). «Понимание конкуренции и сотрудничества в микробиоме кишечника млекопитающих». Current Biology . 29 (11): R538–R544. doi :10.1016/j.cub.2019.04.017. PMC 6935513. PMID 31163167  . 
  8. ^ Sam QH, Chang MW, Chai LY (февраль 2017 г.). «Грибной микобиом и его взаимодействие с кишечными бактериями хозяина». Международный журнал молекулярных наук . 18 (2): 330. doi : 10.3390/ijms18020330 . PMC 5343866. PMID  28165395 . 
  9. ^ Azevedo MM, Teixeira-Santos R, Silva AP, Cruz L, Ricardo E, Pina-Vaz C, Rodrigues AG (2015). «Влияние антибактериальных и неантибактериальных соединений по отдельности или в сочетании с противогрибковыми средствами на грибки». Frontiers in Microbiology . 6 : 669. doi : 10.3389/fmicb.2015.00669 . PMC 4490243. PMID  26191055 . 
  10. ^ Qiu X, Zhang F, Yang X, Wu N, Jiang W, Li X и др. (май 2015 г.). «Изменения в составе кишечных грибов и их роль у мышей с колитом, вызванным декстрансульфатом натрия». Scientific Reports . 5 (1): 10416. Bibcode :2015NatSR...510416Q. doi :10.1038/srep10416. PMC 4445066 . PMID  26013555. 
  11. ^ "Что такое лишайник? | Британское общество по изучению лишайников". www.britishlichensociety.org.uk . Получено 23.04.2021 .
  12. ^ Хонеггер, Розмари (1993). «Биология развития лишайников». New Phytologist . 125 (4): 659–677. doi : 10.1111/j.1469-8137.1993.tb03916.x . ISSN  1469-8137. PMID  33874446.
  13. ^ Ахмаджян, Вернон; Якобс, Джером Б. (январь 1981 г.). «Связь между грибом и водорослью в лишайнике Cladonia cristatella Tuck». Nature . 289 (5794): 169–172. Bibcode :1981Natur.289..169A. doi :10.1038/289169a0. ISSN  1476-4687. S2CID  4324978.
  14. ^ Pagano MC, Correa EJ, Duarte NF, Yelikbayev B, O'Donovan A, Gupta VK (февраль 2017 г.). «Достижения в области экологически эффективного сельского хозяйства: микобиом растений и почвы». Agriculture . 7 (2): 14. doi : 10.3390/agriculture7020014 . hdl : 10379/13386 .
  15. ^ ab Vujanovic V, Islam MN, Daida P (декабрь 2019 г.). "Трансгенерационная роль микобиома семян - эндосимбиотическая грибковая композиция как предпосылка для устойчивости к стрессу и адаптивных фенотипов в Triticum". Scientific Reports . 9 (1): 18483. Bibcode :2019NatSR...918483V. doi :10.1038/s41598-019-54328-2. PMC 6898677 . PMID  31811154. 
  16. ^ Бегум Н., Цинь Ч., Ахангер МА., Раза С., Хан МИ., Ашраф М. и др. (2019). «Роль арбускулярных микоризных грибов в регуляции роста растений: последствия для устойчивости к абиотическому стрессу». Frontiers in Plant Science . 10 : 1068. doi : 10.3389/fpls.2019.01068 . PMC 6761482. PMID  31608075 . 
  17. ^ Хан, Гуань-Чжу (2019). «Происхождение и эволюция иммунной системы растений». New Phytologist . 222 (1): 70–83. doi : 10.1111/nph.15596 . ISSN  1469-8137. PMID  30575972.
  18. ^ ab Глюк-Талер, Эмиль; Слот, Джейсон К. (июль 2018 г.). «Специализированная биохимия растений стимулирует кластеризацию генов у грибов». Журнал ISME . 12 (7): 1694–1705. doi :10.1038/s41396-018-0075-3. ISSN  1751-7370. PMC 6018750. PMID 29463891  . 
  19. ^ Посо, 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. PMID  33827007. S2CID  233183218.
  20. ^ Peay KG, Kennedy PG, Talbot JM (июль 2016 г.). «Измерения биоразнообразия в микобиоме Земли». Nature Reviews. Микробиология . 14 (7): 434–47. doi :10.1038/nrmicro.2016.59. PMID  27296482. S2CID  9181959.
  21. ^ Blackwell M (июнь 2017 г.). «Глава 46: Созданы друг для друга: аскомицетовые дрожжи и насекомые». В Heitman J, Howlett BJ, Crous PW, Stukenbrock EH, James TY, Gow NA (ред.). Царство грибов . Том 5. Американское общество микробиологии. стр. 945–962. doi :10.1128/microbiolspec.funk-0081-2016. ISBN 978-1-55581-957-6. PMID  28597823. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  22. ^ Fernandes EG, Valério HM, Feltrin T, Van Der Sand ST (апрель 2012 г.). «Изменчивость продукции внеклеточных ферментов энтомопатогенными грибами, выращенными на различных субстратах». Бразильский журнал микробиологии . 43 (2): 827–33. doi :10.1590/S1517-83822012000200049. PMC 3768820. PMID  24031896 . 
  23. ^ Lovett B, St Leger RJ (март 2017 г.). «Патогены насекомых». В Heitman J, Howlett BJ, Crous PW, Stukenbrock EH, James TY, Gow NA (ред.). Царство грибов . Том 5. Американское общество микробиологии. стр. 925–943. doi :10.1128/microbiolspec.funk-0001-2016. ISBN 978-1-55581-957-6. PMID  28256192. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  24. ^ Mongkolsamrit S, Kobmoo N, Tasanathai K, Khonsanit A, Noisripoom W, Srikitikulchai P, et al. (Ноябрь 2012 г.). «Жизненный цикл, диапазон хозяев и временные изменения Ophiocordyceps unilateralis/Hirsutella formicarum на муравьях Formicine». Журнал патологии беспозвоночных . 111 (3): 217–24. doi :10.1016/j.jip.2012.08.007. PMID  22959811.
  25. ^ Steinhaus EA (октябрь 1956 г.). «Микробный контроль — возникновение идеи. Краткая история патологии насекомых в девятнадцатом веке». Hilgardia . 26 (2): 107–160. doi : 10.3733/hilg.v26n02p107 . ISSN  0073-2230.
  26. ^ ab Auchtung TA, Fofanova TY, Stewart CJ, Nash AK, Wong MC, Gesell JR и др. (2018). «Исследование колонизации здорового взрослого желудочно-кишечного тракта грибами». mSphere . 3 (2): e00092–18. doi :10.1128/mSphere.00092-18. PMC 5874442 . PMID  29600282. 
  27. ^ Qin J, Li R, Raes J, Arumugam M, Burgdorf KS, Manichanh C и др. (март 2010 г.). «Каталог генов микробов кишечника человека, созданный с помощью метагеномного секвенирования». Nature . 464 (7285): 59–65. Bibcode :2010Natur.464...59.. doi :10.1038/nature08821. PMC 3779803 . PMID  20203603. 
  28. ^ Oh J, Byrd AL, Park M, Kong HH, Segre JA (май 2016 г.). «Временная стабильность микробиома кожи человека». Cell . 165 (4): 854–66. doi :10.1016/j.cell.2016.04.008. PMC 4860256 . PMID  27153496. 
  29. ^ Seed PC (ноябрь 2014 г.). «Человеческий микобиом». Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine . 5 (5): a019810. doi :10.1101/cshperspect.a019810. PMC 4448585. PMID 25384764  . 
  30. ^ Pflughoeft KJ, Versalovic J (2012). «Человеческий микробиом в здоровье и болезни». Annual Review of Pathology . 7 : 99–122. doi :10.1146/annurev-pathol-011811-132421. PMID  21910623.
  31. ^ 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. 
  32. ^ Акерман АЛ, Андерхилл ДМ (январь 2017 г.). «Микобиом мочевыводящих путей человека: потенциальная роль грибов в урологии». Annals of Translational Medicine . 5 (2): 31. doi : 10.21037/atm.2016.12.69 . PMC 5300854. PMID  28217696 . 
  33. ^ Циммер, Карл (29 сентября 2022 г.). «Новый подход к обнаружению опухолей: ищите их микробов». The New York Times . Получено 19 октября 2022 г.
  34. ^ Dohlman, Anders B.; Klug, Jared; Mesko, Marissa; Gao, Iris H.; Lipkin, Steven M.; Shen, Xiling; Iliev, Iliyan D. (29 сентября 2022 г.). «Анализ микобиома панраковых клеток выявляет грибковое поражение желудочно-кишечных и легких опухолей». Cell . 185 (20): 3807–3822.e12. doi :10.1016/j.cell.2022.09.015. ISSN  0092-8674. PMC 9564002 . PMID  36179671. 
  35. ^ Нарунский-Хазиза, Лиан; Сепич-Пур, Грегори Д.; Ливятан, Илана; Асраф, Омер; Мартино, Кэмерон; Неджман, Дебора; Гаверт, Нэнси; Стаич, Джейсон Э.; Амит, Гай; Гонсалес, Антонио; Вандро, Стивен; Перри, Гили; 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». Cell . 185 (20): 3789–3806.e17. doi : 10.1016/j.cell.2022.09.005 . ISSN  0092-8674. PMC 9567272 . PMID  36179670. 
  36. ^ abcde Hall RA, Noverr MC (декабрь 2017 г.). «Взаимодействие грибов с хозяином-человеком: изучение спектра симбиоза». Current Opinion in Microbiology . 40 : 58–64. doi : 10.1016/j.mib.2017.10.020. PMC 5733695. PMID 29132066  . 
  37. ^ Холл, Ребекка А.; Новерр, Майри К. (декабрь 2017 г.). «Взаимодействие грибов с хозяином-человеком: изучение спектра симбиоза». Current Opinion in Microbiology . 40 : 58–64. doi : 10.1016/j.mib.2017.10.020. PMC 5733695. PMID  29132066 .