Cercetătorii se concentrează asupra formelor de viață microscopice care ar putea salva solurile și sănătatea noastră.

Niciun organism de pe Pământ nu este steril. Toate sistemele de viață, de la sol și plante la apă și oameni, sunt pline de bacterii, ciuperci, microalge și alte forme de viață microscopică. Împreună, acestea constituie ecosisteme complexe cunoscute sub numele de microbiomi.

Datorită avansurilor în secvențierea ADN-ului și în calculatoare, oamenii de știință au acum un catalog impresionant și în continuă expansiune al speciilor microbiene din toate aceste medii.

Importanța lor pentru viață este deja evidentă. Ceea ce este mai puțin înțeles este modul în care interacționează între ele și ce se întâmplă atunci când rețeta microbiomului se schimbă – adică atunci când o specie este eliminată sau una nouă este introdusă.

Această lacună în cunoștințe este semnificativă, deoarece înțelegerea și gestionarea microbiomelor ar putea sprijini o agricultură mai sustenabilă, ecosisteme mai sănătoase și o sănătate umană mai bună.

Pentru Dr. Tanja Kostic, microbiolog la AIT Austrian Institute of Technology, înțelegerea acestor comunități ascunse reprezintă una dintre următoarele mari frontiere ale biologiei.

„Microbiomul oferă funcții esențiale în fiecare ecosistem”, a declarat ea. „Cea mai mare parte a oxigenului pe care îl respirăm este produs de microbiomele din oceane. Microbii din sol ajută plantele să obțină nutrienți. În propriile noastre corpuri, microbii intestinali produc vitamine pe care nu le putem sintetiza singuri.”

Kostic conduce un proiect de cercetare finanțat de UE numit MICROBE, care se desfășoară între 2023 și 2027. Parteneri din Austria, Franța, Germania și Regatul Unit dezvoltă metodele necesare pentru a conserva, compara și studia microbiome întregi.

Conservarea comunităților vii

În ultimul deceniu, oamenii de știință au catalogat mii de microorganisme anterior necunoscute. Dar aceasta este doar jumătate din provocare.

Secvențierea ADN-ului poate revela care organisme sunt prezente, dar nu poate surprinde pe deplin modul în care interacționează sau cum funcționează comunitățile microbiene în ansamblu. Pentru a răspunde acestor întrebări, cercetătorii trebuie să conserve microbiomele vii intacte.

“

Microbiomul oferă funcții esențiale în fiecare ecosistem.

Aceasta este important deoarece microbiomele se schimbă rapid. Agricultura intensivă, poluarea, schimbările climatice și dietele variate pot altera aceste ecosisteme microbiene delicate, afectând potențial totul, de la fertilitatea solului până la sănătatea umană.

Conservarea diversității microbiene sprijină, de asemenea, Strategia UE pentru Biodiversitate 2030, care își propune să oprească pierderea biodiversității și să restaureze ecosistemele degradate.

„Dacă putem conserva aceste comunități exact așa cum există în natură, vom fi într-o poziție mult mai puternică pentru a înțelege cum funcționează și cum am putea să le utilizăm responsabil”, a spus Kostic.

Cercetătorii speră să conserve microbiomele și să identifice organismele responsabile pentru funcții cheie – și, în cele din urmă, să recreeze comunități microbiene simplificate care păstrează acele proprietăți esențiale, fiind totodată mai ușor de studiat.

Dincolo de microbul individual

De zeci de ani, microbiologii au colectat și stocat în principal specii microbiene individuale.

Dr. Matthew Ryan, lider global în microbiologie la CABI, o organizație non-profit specializată în cercetarea agricolă și de mediu, consideră că această abordare nu mai reflectă realitatea biologică.

Microorganismele nu trăiesc în izolare, a explicat el. Ele există ca comunități complexe ale căror membri interacționează constant între ei.

„Ideea este de a depăși modelul organismului singular și de a dezvolta metode pentru a conserva întregi comunități microbiene”, a spus el.

Conservarea unui microbiom întreg de sol, de exemplu, ar putea păstra mult mai mult din potențialul său biologic decât conservarea unei mână de specii izolate. Dar aceste comunități sunt mult mai greu de colectat, stocat și studiat.

Pentru a aborda această problemă, cercetătorii standardizează metodele pentru colectarea, conservarea și analiza microbiomelor, alături de abordări comune pentru partajarea datelor generate. Scopul este de a asigura că probele de microbiom colectate în diferite laboratoare sau țări pot fi comparate în mod fiabil.

Kostic și Ryan au fost implicați anterior într-o inițiativă de cercetare finanțată de UE (MicrobiomeSupport), care a ajutat la identificarea multor provocări științifice și de reglementare care sunt acum abordate.

„Viziunea noastră este de a armoniza modul în care microbiomele sunt colectate și conservate, astfel încât cercetătorii din întreaga lume să lucreze cu probe comparabile”, a spus Kostic. „În prezent, probele sunt adesea stocate în condiții diferite, ceea ce poate schimba comunitatea microbiană în timp și face rezultatele greu de reprodus.”

În loc să creeze o rețea complet nouă de bănci de microbiome, cercetătorii dezvoltă metode pe care băncile biologice europene existente și colecțiile de culturi le pot adopta, permițând ca colecțiile de microbiome să devină parte a infrastructurii mai ample de cercetare biologică din Europa.

„Nu dorim să stabilim o infrastructură complet nouă de biobank. Vrem să stabilim metode și tehnologii noi și apoi să ne integrăm în infrastructura existentă”, a spus Kostic.

Soluri mai sănătoase, oameni mai sănătoși

Cercetarea MICROBE ar putea sprijini, de asemenea, eforturile europene mai ample de restaurare a sănătății solului în cadrul Strategiei UE pentru Soluri 2030, care recunoaște solurile sănătoase ca fiind esențiale pentru securitatea alimentară, biodiversitate și reziliență climatică.

Solurile sănătoase conțin microbiome remarcabil de bogate care influențează creșterea culturilor, ciclul nutrienților și rezistența la dăunători și boli. Deși îngrășămintele microbiene și biopesticidele există deja, eficiența lor variază adesea deoarece fiecare microbiom de sol este diferit.

“

Ideea este de a depăși modelul organismului singular și de a dezvolta metode pentru a conserva întregi comunități microbiene.

În loc să aplice același produs peste tot, fermierii viitorului ar putea analiza comunitatea microbiană care trăiește în jurul rădăcinilor unei culturi înainte de a primi recomandări personalizate pentru restaurarea sănătății solului.

O schimbare similară începe să se contureze și în medicină.

În locul tratamentelor standardizate, cercetătorii încep să exploreze abordări țintite pentru grupuri de oameni cu caracteristici similare ale microbiomului. Se speră că o mai bună înțelegere a modului în care microbii intestinali influențează nutriția, imunitatea și bolile va contura intervenții mai personalizate, de la dietă la medicație.

Prin conservarea constantă a microbiomelor și corelarea acestora cu date de înaltă calitate, cercetătorii speră să înțeleagă nu doar care microorganisme sunt prezente, ci și ce fac acestea împreună.

Construirea fundațiilor

Valorificarea microbiomelor necesită măsuri de precauție riguroase. Introducerea microorganismelor în soluri, culturi sau pacienți ar putea perturba comunitățile microbiene existente dacă nu este realizată responsabil.

Cercetătorii colaborează, prin urmare, cu experți în biosiguranță, etică și reglementare pentru a ajuta la asigurarea că aplicațiile viitoare ale microbiomului sunt sigure și acceptabile pentru societate.

O altă problemă etică pe care echipa MICROBE o ia în considerare este proprietatea. Cine are dreptul să revendice un microbiom ca fiind al său, în special dacă acesta se dovedește a fi extrem de eficient și valoros din punct de vedere comercial?

Finanțarea din partea UE joacă un rol crucial în cercetarea microbiomului, mai ales pe măsură ce finanțarea națională scade și competiția la nivel european se intensifică. Extinderea colaborării dincolo de Europa va fi importantă pentru viitorul acestei cercetări.

Aceasta contribuie, de asemenea, la ambiția mai largă a Europei de a-și consolida leadershipul în biotehnologie și științele vieții prin infrastructură de cercetare de clasă mondială și colaborare internațională.

În loc să producă o singură tehnologie nouă, cercetătorii construiesc standardele și infrastructura care ar putea susține cercetarea microbiomului în întreaga Europă pentru anii următori.

Așa cum spune Kostic, motivația pentru colaborare este simplă: cu toții trebuie să mâncăm, așa că hrana trebuie produsă sustenabil și eficient, iar cu toții ne dorim o sănătate mai bună.

Cercetarea din acest articol a fost finanțată prin Programul Horizon al UE. Opiniile intervievaților nu reflectă neapărat cele ale Comisiei Europene. Dacă ți-a plăcut acest articol, te rugăm să îl împărtășești pe rețelele sociale.