Mikrobiom

**Mikrobiom** (grč. μικρός – *mikrós* = mali + βίος – *bíos* = život) je zajednica mikroorganizama koja se obično može naći kako žive zajedno u bilo kojem staništu. Tačnije su ga definisali 1988. Whipps et al. kao "karakterističnu mikrobnu zajednicu koja zauzima razumno dobro definirano stanište koje ima različita fizičko-hemijska svojstva. Termin se stoga ne odnosi samo na mikroorganizme koji su uključeni, već i obuhvata njihovo pozorište aktivnosti". U 2020., međunarodni panel stručnjaka objavio je rezultate svojih rasprava o definiciji mikrobioma. Oni su predložili definiciju mikrobioma zasnovanu na oživljavanju "kompaktnog, jasnog i sveobuhvatnog opisa pojma" kako su ga izvorno dali Whipps et al., ali je dopunjen sa dva paragrafa objašnjenja. Prvi pasus objašnjenja izgovara dinamički karakter mikrobioma, a drugi pasus jasno odvaja pojam "mikrobiota" od pojma "mikrobiom *.
 
Mikrobiota se sastoji od svih živih članova koji formiraju mikrobiom. Većina istraživača mikrobioma se slaže da se bakterije, archaea, gljive, alge i mali protisti trebaju smatrati članovima mikrobioma. Integracija faga, virusa, plazmida i mobilnih genetićkih elemenata je kontroverznija. Whippsov "teatar aktivnosti" uključuje esencijalnu ulogu koju sekundarni metabolit ima u posredovanju složenih interakcija među vrstama i osiguravanju opstanka u konkurentskim okruženjima. Određivanje kvoruma izazvano malim molekulama omogućava bakterijama da kontroliraju kooperativne aktivnosti i prilagođavaju svoje fenotipove biotskom okruženju, što rezultira, naprimjer, adhezijom ćelija-ćelija ili formiranjem biofilma.
 
Sve životinje i biljke formiraju asocijacije s mikroorganizmima, uključujući protiste, bakterije, arheje, gljive i viruse. U okeanu, odnosi između životinja i mikroba su historijski istraženi u sistemima jedan domaćin-simbiont. Međutim, nova istraživanja raznolikosti mikroorganizama koji se povezuju s različitim domaćinima morskih životinja pomjeraju polje u studije koje se bave interakcijama između životinjskog domaćina i višečlanog mikrobioma. Potencijal mikrobioma da utiče na zdravlje, fiziologiju, ponašanje i ekologiju morskih životinja mogao bi promijeniti dosadašnja shvatanja o tome kako se morske životinje prilagođavaju promjenama. Ovo se posebno odnosi na rastuće promjene vezane za klimu i antropogene promjene koje već utiču na okean. Biljni mikrobiom ima ključnu ulogu u zdravlju biljaka i proizvodnji hrane i dobio je značajnu pažnju posljednjih godina. Biljke žive u zajednici sa različitim mikrobnim konzorcijima, koji se nazivaju biljna mikrobiota, koji žive i unutar (endosfera) i izvan (episfera) biljnog tkiva. Oni imaju važnu ulogu u ekologiji i fiziologiji biljaka. Smatra se da osnovni biljni mikrobiom sadrži ključne mikrobne taksone bitne za zdravlje biljaka i za kondiciju biljnog holobionta. Isto tako, sisarski crijevni mikrobiom (zastarjeli, a pogrešni naziv “crijevna flora”) se pojavio kao ključni regulator fiziologije domaćina, a koevolucija između domaćina i mikrobnih loza odigrala je ključnu ulogu u prilagođavanju sisara njihovom raznolikom životnom stilu.
 
Istraživanje mikrobioma nastalo je u mikrobiologiji još u sedamnaestom stoljeću. Razvoj novih tehnika i opreme podstaknuo je mikrobiološka istraživanja i izazvao promjene paradigme u razumijevanju zdravlja i bolesti. Razvoj prvih mikroskopa omogućio je otkrivanje novog, nepoznatog svijeta i doveo do identifikacije mikroorganizama. Infektivne bolesti su postale najraniji fokus interesovanja i istraživanja. Međutim, samo mali dio mikroorganizama je povezan s bolešću ili patogenošću. Ogromna većina mikroba je neophodna za zdravo funkcioniranje ekosistema i poznata je po korisnim interakcijama s drugim mikrobima i organizmima. Koncept da mikroorganizmi postoje kao pojedinačne ćelije počeo je da se menja, kako je postajalo sve očiglednije da se mikrobi pojavljuju unutar kompleksnih sklopova u kojima su interakcije vrsta i komunikacija kritični. Otkriće DNK, razvoj tehnologija sekvenciranja, lančane polimerazne reakcije (PCR) i tehnika kloniranja omogućilo je istraživanje mikrobnih zajednica korištenjem pristupa nezavisnih od uzgoja. Daljnje promjene paradigme dogodile su se početkom ovog stoljeća i još uvijek traju, budući da su nove tehnologije sekvenciranja i akumulirani podaci o sekvenci istakli i sveprisutnost mikrobnih zajednica u vezi sa višim organizmima i kritičnu ulogu mikroba u zdravlju ljudi, životinja i biljaka. Oni su revolucionirali mikrobnu ekologiju. Analiza genoma i metagenoma na visokoj propusnosti sada pruža vrlo efikasne metode za istraživanje funkcionisanja kako pojedinačnih mikroorganizama, tako i čitavih mikrobnih zajednica u prirodnim staništima.
 
## Pozadina
### Historija
Istraživanje mikrobioma nastalo je u mikrobiologiji i počelo je još u sedamnaestom stoljeću. Razvoj novih tehnika i opreme potaknuo je mikrobiološka istraživanja i izazvao promjene paradigme u razumijevanju zdravlja i bolesti. Pošto su zarazne bolesti pogađale ljudsku populaciju kroz većinu historije, medicinska mikrobiologija je bila najraniji fokus istraživanja i javnog interesa. Osim toga, mikrobiologija hrane je staro polje empirijskih primjena. Razvoj prvih mikroskopa omogućio je otkriće novog, nepoznatog svijeta i doveo do identifikacije mikroorganizama.
 

slika:Microbiome paradigm shifts.png| Promjena paradigme mikroba kao nesocijalnih organizama koji uzrokuju bolesti na holistskki pogled na mikroorganizme kao centar jednog koncepta zdravlja koji povezuje sva područja ljudskog života. Krajem devetnaestog stoljeća, mikrobna ekologija je započela pionirskim radom, koji su pokrenuli  Martinus W. Beijerinck i Sergei Winogradsky. Novouspostavljena nauka mikrobiologija životnog okruženja rezultirala je još jednom promjenom paradigme: mikroorganizmi su posvuda u prirodnom okruženju, često povezani sa domaćinima i, po prvi put, bilo je opisano njihovop blagotvorno djelovanje na njihove domaćine .
 
Nakon toga, koncept da mikroorganizmi postoje kao pojedinačne ćelije počeo je da se menja jer je postajalo sve očiglednije da se mikrobi pojavljuju unutar složenih skupova u kojima su interakcije vrsta i komunikacija kritične za dinamiku populacije i funkcionalne aktivnosti. Otkriće DNK, razvoj tehnologije sekvenciranja, lančane reakcija polimeraze (PCR) i kloniranja omogućilo je istraživanje mikrobnih zajednica korištenjem DNK i nezavisnih od uzgoja. Pristupi su zasnovani I na RNK.
 
Daljnji važan korak bilo je uvođenje filogenetskih markera kao što je 16S rRNK gen za analizu mikrobne zajednice koje su pšokrenuli Carl Woese i George E. Fox 1977. godine. Danas biolozi mogu barkodirati bakterije, archaea, gljive, alge i protiste u njihovim prirodnim staništima, npr. ciljanjem njihovih 16S i 18S rRNK gena, unutrašnjeg razmaka transkripcije (ITS), ili, alternativno, specifičnih funkcionalnih regija gena koji kodiraju za specifične enzime.
 
Još jedna velika promjena paradigme započeta je početkom ovog stoljeća i traje do danas, jer su nove tehnologije sekvenciranja i akumulirani podaci o sekvenci istakli i sveprisutnost mikrobnih zajednica u povezanosti unutar viših organizama i kritičnu ulogu mikroba u ljudskom životu , zdravlje životinja i biljaka. Ove nove mogućnosti su revolucionirale mikrobnu ekologiju, jer analiza genoma i metagenoma na način visoke propusnosti pruža efikasne metode za rješavanje funkcionalnog potencijala pojedinačnih mikroorganizama, kao i cijele zajednice u njihovim prirodnim staništima.Multiomika tehnologije uključujući metatranskriptom, metaproteom i metabolom pristupe sada pružaju detaljne informacije o mikrobnim aktivnostima u okruženju. Na osnovu bogate osnove podataka, kultivacija mikroba, koja je često bila ignorirana ili potcijenjena u posljednjih trideset  godina, dobila je novu važnost, a visoka propusnost kultutomike je sada važan dio alata za proučavanje mikrobioma. Veliki potencijal i moć kombinovanja višestrukih "omičkih" tehnika za analizu interakcija domaćin-mikrob istaknuti su u nekoliko recenzija.
 

 

 
## Definicije 
Mikrobne zajednice se obično definiraju kao skup mikroorganizama koji žive zajedno. Preciznije, mikrobne zajednice su definirane kao skupovi više vrsta, u kojima (mikro) organizmi međusobno komuniciraju u susjednom okruženju. U 1988., Whipps i kolege koji rade na ekologiji mikroorganizama rizosfera dali su prvu definiciju pojma mikrobiom. kao i na mikroeukariotima što nije sasvim jasno. Ovo postavlja izazov razmatranja potpuno novog korpusa koncepcijskih ekoloških modela i teorije za ekologiju mikrobioma, posebno u odnosu na različite hijerarhije interakcija mikroba jedni s drugima i sa biotskim i abiotskim okruženjima domaćina. Mnoge sadašnje definicije ne uspijevaju obuhvatiti ovu složenost i opisuju pojam mikrobiom kao koji obuhvata samo genome mikroorganizama. published the results of their deliberations on the definition of the microbiome.

 
### Kopneni
#### Biljni

File:Microbiome in plant ecosystem.jpg|Mikrobiomi u biljnom ekosistem

 
#### Životinjski

File:Principal-coordinate analysis of animal microbiome data sets.jpg|Glavna koordinatna analiza podataka o mikrobiomu životinjskog crijeva

 
 
#### Ljudski
## Procjena
Dostupni metodi za proučavanje mikrobioma, takozvane multiomiker, kreću se od izolacije velike propusnosti (kulturomika) i vizualizacije (mikroskopija), do ciljanja taksonomskog sastava (metabarkodiranje), ili adresiranje metaboličkog potencijala (metabarkodiranje funkcionalnih gena, metagenomika) za analizu mikrobne aktivnosti (metatranskriptomika, metaproteomika, metabolomika). Na osnovu podataka o metagenomima, mikrobni genomi se mogu rekonstruisati. Dok su prvi genomi sastavljeni od metagenoma rekonstruisani iz uzoraka životnog okruženja, posljednjih godina nekoliko hiljada bakterijskih genoma je sakupljeno bez kultivisanja organizama iza. Naprimjer, 154.723 mikrobna genoma globalnog ljudskog mikrobioma je rekonstruisano 2019. iz 9.428 metagenoma.
 

slika:Methods for assessing microbial functioning.webp|  Kompleksne studije mikrobioma pokrivaju različita područja, počevši od nivoa kompletnih mikrobnih ćelija (mikroskopija, kulturomika), a zatim DNK (jednoćelijska genomika, metabarkodiranje, metagenomika), RNK (metatranskriptomika), proteini (metaproteomika) i metaboliti (metabolomika). Tim redoslijedom, fokus studija se pomjera sa mikrobnog potencijala (učenje o dostupnoj mikrobioti u datom staništu) preko metaboličkog potencijala (dešifriranje dostupnog genetičkog materijala) prema mikrobnom funkcioniranju (npr. otkrivanje aktivnij metabolićkih puteva). Popularni *in silico* metod je kombinovanje modeli metaboličkih mreža mikrobnih taksona prisutnih u zajednici i korištenje strategije matematičkog modeliranja kao što je analiza ravnoteže protoka za predviđanje metaboličke funkcije mikrobne zajednice na nivou taksona i zajednice.
 
Do 2020., razumijevanje ostaje ograničeno zbog nedostajućih veza između velike dostupnosti mikrobioma Podaci o sekvenci DNK s jedne strane i ograničene dostupnosti mikrobnih izolata potrebnih za potvrdu metagenomskih predviđanja funkcija gena s druge strane. Osim toga, potrebno je uzgajanje novih sojeva kako bi se pomoglo u identifikaciji velikog udjela nepoznatih sekvenci dobijenih metagenomskim analizama, koji za slabo proučavane ekosisteme mogu biti više od 70%. Ovisno o primijenjenom metoduj, čak iu dobro proučenim mikrobiomima, 40-70% označenih gena u potpuno sekvenciranim mikrobnim genomima nemaju poznatu ili predviđenu funkciju. Do 2019., 85 od tada uspostavljenih 118 tipova nema opisanu niti jednu vrstu, što predstavlja izazov za razumijevanje prokariotske funkcionalne raznolikosti.
 
Broj prokariotskih tipova može doseći stotine, a arhejski su među najmanje proučavanim. Prema ovom prijedlogu, koncept *Candidatus* vrsta bi se proširio na grupe blisko povezanih genomskih sekvenci, a njihova imena bi bila objavljena prema utvrđenim pravilima bakterijske nomenklature.(A) Interakcije u paru između bakterija u tlu *Bacillus subtilis* i *Streptomyces* spp. su pogodni za karakterizaciju funkcija sekundarnih metabolite u mikrobnim interakcijama.(B) Simbioza između kusaste lignje i morske bakterije *Aliivibrio fischeri'' je fundamentalno za razumijevanje faktora domaćina i mikroba koji utiču na kolonizaciju.(C) Upotreba gnotobiotskih miševa je ključna za uspostavljanje veze između prehrane domaćina i efekata na specifične mikrobne taksone u zajednici.

 
## Također pogledajte
* Projekt mikrobioma Zemlje
* Ljudski mikrobiom
* Biljni mikrobiom
* Fitoplanktonski mikrobiom
* Biologija mikrobne populacije
* Mikrobiomi izgrađenog okruženja
* Mikobiom

## Reference
## Vanjski linkovi 
* Documentary: Microbiomes - The Great Role of Small Creatures
 

 

Mikrobiomi
Kategorija:Mikrobiologija