Միկրոբիոմ

**Միկրոբիոմ** (*micro* — «փոքր», *bios* — «կյանք») որոշակի միջավայրում  բնակվող միկրոօրգանիզմների ամբողջություն։ Հաճախ եզրույթն օգտագործվում է որպես «միկրոբիոտայի» կամ «միկրոֆլորայի» հոմանիշ, որն առաջին անգամ օգտագործվել է 1952 թվականինին  կոյուղու արտահոսքով ջրի աղտոտման վերաբերյալ հոդվածում։ Բոլոր էկոհամակարգերն ունեն իրենց բնորոշ միկրոօրգանիզմները՝ հյուսվածքներ և օրգաններից մինչև բնակության ամբողջական միջավայրեր։ Միկրոբիոմը մասնակցում է էկոհամակարգի կարևորագույն գործընթացներին՝ նպաստելով ինչպես տեր-օրգանիզմի նյութափոխանակության գործընթացներին, այնպես էլ  գլոբալ մակարդակում նյութերի շրջապտույտին։

Գենետիկ առումով ամենաբազմազանը հողի միկրոբիոտներն են, որոնք ազդում են ցամաքային և ստորգետնյա բիոմների, ջրային էկոհամակարգերի և  մթնոլորտի փոխազդեցության վրա։ Հողի միկրոբիոտները կարող են նաև ազդել շրջակա միջավայրի վրա։ Օվկիանոսի միկրոբիոմը ազդում է մոլորակի կլիմայի վրա, մասնակցում է ազոտի և այլ նյութերի շրջապտույտին։

## Միկրոբիոմների բնակության միջավայրերը
### Հողի միկրոբիոմ
Հողային միկրոբիոմները Երկրի վրա գենետիկորեն ամենաբազմազան էկոհամակարգերն են, որոնք իրենց մեջ ներառում են բակտերիների, արքեաների և էուկարիոտների բարդ համակարգեր։

1գ հողում  պարունակվում է մոտ 108-1010 միկրոօրգանիզմ, ինչը զգալիորեն գերազանցում է դրանց պարունակությունը համաշխարհային օվկիանոսի 1մլ ջրում (104-107 բջիջ)։ Հողի միկրոօրգանիզմները կարևոր դեր են խաղում կենսոլորտի երկրաքիմիական կազմի պահպանման գործում։ Նրանք պատասխանատու են մակրոտարրերի (ազոտ, ածխածին  ֆոսֆոր և այլն) շրջապտույտի գործըթացում, բույսերի համար մատչելի նյութերի վերափոխման, հողի կառուցվածքի պահպանման գործում։ Միկրոօրգանիզմները կապում են մթնոլորտային ազոտը և ածխածինը, արտադրում են օրգանական նյութեր և կուտակում են  բավարար քանակությամբ ազոտ և այլ նյութեր՝ երիտասարդ հողում ազոտի ծրջապտույտի գործընթացները սկսելու համար։ Հողում կւտակված որոշ  սիմբիոտիկ միկրոօրգանիզմներ նպաստում են (օգտակար սիմբիոնտներ) կամ խոչընդոտում են (պաթոգեններ) բույսերի աճին, ինչպես նաև վերափոխում են նյութերը և տոքսինները կենսամատչելի միացությունների։ Հողի միկրոբիոմը ազդում է ցամաքային և ստորգետնյա բիոմների, ջրային էկոհամակարգերի և Երկրի մթնոլորտի փոխազդեցության վրա, ապահովում է  դրանց փոխանակումը  երկրաբանական պաշարների և կենսոլորտի միջև։

Հողում բնակվող միկրոօրգանիզմների պապուլյացիաների ձևավորման գործում մեծ նշանակություն ունի հողի միկրոբիոմի ամենակարևոր ներկայացուցիչներից Pseudomonas ցեղի բակտերիաները (արտադրում են տարբեր հակաբիոտիկներ, ֆերմենտներ, բուսական հորմոններ, էթիլեն, օքսիններ և գիբերելիններ), Azotobacter, Clostridium, Rhizobium և Bradyrhizobium (կլանում են մթնոլորտային ազոտը), ինչպես նաև ակտինոմիցետները (Streptomyces) և սնկերը՝ Mycorrhizae:

### Ջրային միկրոբիոմներ
#### [[Օվկիանոս]]ներ և [[ծով]]եր
Օվկիանոսային միկրոբիոմը խիստ նոսրացված մանրէաբանական համակարգ է, որը ծածկում է երկրի մակերևույթի մեծ մասը։ Դրա սահմանները ընդգրկում ենեն Արկտիկայի և Անտարկտիկայի

բևեռային շրջաններից մինչև ծովի խորքերում եռացող հիդրոթերմային աղբյուրներ և կրաքարային տիղմը։ Միասին, օվկիանոսի միկրոբիոմը կազմում է ծովի ջրի ծավալի 0,0001% - ը։ Օվկիանոսի միկրոբիոմը ազդում է մեր մոլորակի կլիմայի վրա, մասնակցում է ազոտի և այլ նյութերի շրջապտույտին։ Օվկիանոսային միկրոբիոտայի ամենակարևոր հատկություններից մեկը դրա մեջ առաջնային պրոդուցենտների  առկայությունն է։ Ի տարբերություն այլ միկրոբիոմների, օվկիանոսային միկրոբիոմներում  կան օրգանիզմներ, որոնք ունակ են լուսասինթեզի, ինչն էապես նպաստում է ցամաքային  էկոհամակարգում էներգիայի շրջապտույտին։ Համաշխարհային օվկիանոսներում միկրոօրգանիզմների մոտավոր պարունակությունը տատանվում է 104-ից 107 մանրէ մեկ միլիլիտրում՝կախված խորությունից, իսկ լճերում՝ միջինը 106 բջիջ մեկ միլիլիտրում։

Օվկիանոսային  միկրոբիոմի ամենատարածված ներկայացուցիչներն են Vibrio, Pelagibacter ubique, Prochlorococcus, ցիանոբակտերիաներ, ինչպես նաև որոշ հալոբակտերներ, Haloquadratum walsbyi, Pyrolobus fumarii.

#### Գետեր
Գետի էկոհամակարգի  առանձնահատկությունը հոսանքների պատճառով անընդհատ փոխվելու հատկությունն է։ Այս առումով գետի երկայնքով նկատվում են տարբեր միկրոբիոմներ, որոնք կարող են տարբեր լինել՝ կախված գետի ջրի հոսքի արագությունից։ Օրգանական նյութերի քայքայումը, ջերմոցային գազերի արտադրությունը, էվտրոֆացումը, ծանր մետաղական աղտոտիչների կլանումը, քսենոբիոտիկ միացությունների քայքայումը գետի միկրոբիոմի կողմից իրականացվող գործընթացների միայն մի փոքր մասն են։ Առանձնահատուկ գործնական նշանակություն ունի այն, որ աղտոտված գետերի միկրոբիոմի ներկայացուցիչների  մոտ հայտնաբերվում են գեներ, որոնք կարող են քայքայել տարբեր տոքսիններ և քսենոբիոտիկներ։ Հաշվի առնելով, որ գետերը խմելու ջրի աղբյուրներ են, դրանք կարող են ազդել  մարդկանց և կենդանիների վրա։

Գետերի միկրոբիոմների ամենատարածված ներկայացուցիչներն են ակտինոբակտերիաներ, բետապրոտեոբակտերներ, ֆլավոբակտերներ։

## Կենդանի օրգանիզմների միկրոբիոմներ
### Բույսերի միկրոբիոմներ
Միկրոօրգանիզմները տարբերվում են բույսերի հետ փոխհարաբերության տեսանկյունից, oրինակ՝ կան պաթոգեններ, էնդոֆիտներ և սիմբիոնտներ։ Ազոտի, ֆոսֆորի և երկաթի պաշարները բույսերը յուրացնում են  համար բավարարվում են  միկրոօրգանիզմների գործունեության շնորհիվ։ Իր հերթին, բուսական միկրոբիոմի ներկայացուցիչների համար ածխածնի աղբյուր կարող են ծառայել ինչպես բացառապես բույսերի արմատային էքսուդատները (օրինակ ՝ Myxococcus կարգը), այնպես էլ հողի օրգանական նյութերը (օրինակ ՝ sphingomonadales կարգը)։ Հողի միկրոօրգանիզմները գաղութացնում են բույսերի արմատները։ Բույսերի վերգետնյա մասերի կոմենսալ, սիմբիոտիկ կամ պաթոգեն բակտերիաներն ու սնկերը նույնպես մասամբ ծագում են արմատներից և հողից։ Ռիզոսֆերայում մանրէների ձևավորումը ազդում է տեր  բույսի գենոտիպի, հողի տեսակի և աճեցման մեթոդների հիման վրա, փոխում է ֆենոլոգիան և ծաղկման ժամանակը, ազդում է  լուսասինթեզի վրա, բարձրացնում դիմադրողականւթյունը տարբեր հիվանդությունների նկատմամբ։ Ամենայն հավանականությամբ միկրոբիոմները ազդում են խեժերի, մրգերի, մեղրի և եթերայուղերի որակի վրա։
մինի

### Կենդանիների միկրոբիոմներ
Միկրոբիոմներ ունեն գրեթե բոլոր կենդանի օրգանիզմները՝ սպունգներից մինչև մարդ։ Կենդանու մարմնում ռեզիդենտ մանրէաբանական աբբոջության առկայությունն ու կազմը ուղղակիորեն ազդում են նրա ֆիզիոլոգիական վիճակի վրա։ Միկրոբիոմներն  առավել հաճախ բնակվում են  կենդանիների մարսողական համակարգում, մաշկի վրա, ներքին օրգաններում, ինչպես նաև սեռական համակարգում  և բերանի խոռոչում։ Բացի այդ, միկրոօրգանիզմները կարող են հայտնաբերվել նաև մարդու արյունատար  համակարգում և նույնիսկ միջատների հեմոլիմֆայում։ Որոշ կենդանիներ ունեն մասնագիտացված օրգաններ, որտեղ ապրում են միկրոօրգանիզմների որոշակի խմբեր։ Ընդ որում, կենդանիների և կոնկրետ տեսակների միջև զուգակցումները պատահական չեն։ Տիրոջ մարմնում ձևավորվում են բարդ համակարգեր ' օգտակար միկրոօրգանիզմներին սնունդ, հարմար կենսամիջավայր ապահովելու և այլ տեսակներից  պաշտպանելու  համար։

Հայտնի է, որ միկրոբիոմը կարող է մասնակցել նյութափոխանակության  գործընթացներին՝ քայքայելով այնպիսի նյութեր, որոնք տիրոջ օրգանիզմում ֆերմենտներով պայմանավորված  դժվար են մարսվում։ Միկրոօրգանիզմները ի վիճակի են չեզոքացնել տոքսինները, սինթեզել տարբեր մոլեկուլներ, որոնք անհրաժեշտ են տիրոջ նյութափոխանակության համար (վիտամիններ և այլն)։ Մարմնի մակերեսին բնակվող մանրէները պաշտպանում են տիրոջը հարուցիչներից։ Հնարավոր է, որ միկրոօրգանիզմները ազդում են ոչ միայն կենդանու ֆիզիոլոգիական վիճակի, այլև նրա վարքի վրա՝ ազդանշանային մոլեկուլների սինթեզով պայմանավորված։

## Միկրոբիոմի ուսումնասիրման մեթոդները
### Ամպլիկոնների նպատակային [[սեքվենավորում]]
Ուսումնասիրվող նմուշում կարգաբանական բազմազանությունը որոշելու համար օգտագործվում է բոլոր կենդանի օրգանիզմներում առկա 16s ռիբոսոմային ՌՆԹ (16s rRNA) գենի հաջորդականությունը։ Միևնույն ժամանակ, 16s rRNA-ի օգտագործումը որպես բազմազանության ցուցիչ հաճախ թույլ չի տալիս տարբերակել տեսակները' այս գենի մեջ նրանց տարբերությունների բացակայության պատճառով։ Մանրէաբանական բազմազանությունը հաճախ որոշվում է կայուն տեսակների կազմով, բայց այդպիսի կայունությունը միշտ չէ, որ պահպանվում է բազմակի նմուշառման ժամանակ (մանրէաբանական բազմազանությունը միատարր չէ իր ամբողջ երկարությամբ, դրա կազմը կարող է նաև տատանվել ժամանակի ընթացքում)։

Ամպլիկոնների հաջորդականացումից հետո մոլեկուլային ֆիլոգենիայի տեխնիկան օգտագործվում է մանրէաբանական բազմազանության կազմը որոշելու համար։ Դա արվում է ամպլիկոնների կլաստերացման միջոցով գործառնական դասակարգման  միավորների (OTU) և ԴՆԹ-ի հաջորդականությունների միջև ֆիլոգենետիկ կապերի արտազատման միջոցով։
մինի

### Մետագենոմյին սեքվենավորում
Մետագենոմային վերլուծությունը կատարում են մարկերային գեների (16s rRNA) միջոցով։ Գեների նման հավաքակազմը ներառում է  ոչ միայն առանձին մարկերային գենը, այլ նաև ընտրված միկրոօրգանիզմների ամբողջ գենոմը։ Այս մոտեցումը կարող է բացահայտել  գեների առկայությունն ուսումնասիրվող նմուշում և դրանց փոխազդեցությունն այլ գեների հետ։ Այնուամենայնիվ, մետագենոմային սեքվենավորումը  բարդ խնդիր է և հաճախ՝ ոչ հուսալի։ Հաճախ երկիմաստություն է առաջանում նաև այն առումով, թե կոնկրետ որ օրգանիզմներին է պատկանում կոնկրետ վերցված գեների հաջորդակնությունը, քանի որ օրգանիզմի ամբողջական գենոմը միշտ չէ, որ հասանելի է։
մինի

### Մետապրոտեոմիկա և մետատրանսկրիպտոմիկա
Գենոմների ուսումնասիրությունից բացի, հատուկ հետաքրքրություն են ներկայացնում  միկրոօրգանիզմների տրանսկրիպտոմներն ու պրոտեոմները։ Սպիտակուցների մոլեկուլների և ՌՆԹ մոլեկուլների համապարփակ ուսումնասիրությունը տարբեր տեսակի բակտերիաների ներկայացուցիչներ պարունակող նմուշի բաղադրության մեջ կոչվում է համապատասխանաբար մետապրոտեոմիկա և մետատրանսկրիպտոմիկա։ Այս մոտեցումները,  ի տարբերություն վերը նկարագրվածների, թույլ են տալիս ոչ միայն գնահատել  գենետիկական ներուժը, այլ պատկերացում կազմել ակտիվ գեների և սինթեզված սպիտակուցային մոլեկուլների ևու մետաբոլիտների մասին։

Սովորաբար մետատրանսկրիպտոմային ուսումնասիրությունների համար կատարվում է ամբողջ միկրոօրգանիզմների մաբողջությունից մեկուսացված ՌՆԹ-ի պիրոսեքվենավորում։ Մետապրոտեոմիկայի համար տվյալները ստացվում են  բջիջներից սպիտակուցների արտազատմամբ, դրանց հետագա վերլուծությամբ, զանգվածային սպեկտրոմետրիայի մեթոդով։

### Միկրոբիոմի ներսում փոխազդեցությունների սահմանում
Մանրէաբանական փոխազդեցությունների պատճառներն ու հետևանքները բացահայտելու համար գոյություն ունի եռաստիճան մոտեցում։ Այն հիմնված է միկրոբիոմին պատկանող  տեսակների կազմի մեջ օրինաչափությունների որոնման, մանրէների  գործունեության մեջ առանձին տեսակների դերի ուսումնասիրության, այդ դերը որոշող հատուկ մեխանիզմների որոնման վրա։
մինի
Միկրոբիոմի կազմում տեսակների համատեղ առաջացումը պարզելու համար օգտագործվում են մետագենոմիկական ուսումնասիրություններ։ Համայնքների կազմում միջտեսակային փոխազդեցությունները ուսումնասիրելու համար օգտագործվում են փորձարարական մանրէներ.ուսումնասիրվում է ֆենոտիպի փոփոխությունը զույգ սկրինինգներում կամ  առանձին տեսակների հեռացման ժամանակ ՝ դրանում նրա դերը հաստատելու համար։ Այս մանրէաբանական փոխազդեցությունների հիմքում ընկած գենետիկական և մոլեկուլային մեխանիզմները պարզելու համար օգտագործվում են տրանսկրիպտոմային, մետաբոլոմային և սկրինինգներ, ինչպես նաև հետազոտվում են գենետիկորեն ձևափոխված միկրոօրգանիզմները։

### Միկրոբիոմի ներսում մկրոօրգանիզմներ ազդեցությունն էվոլյուցիոն գործընթացների վրա վրա
Էվոլյուցիաոն ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ միկրոօրգանիզմների որոշ հատկություններ, ներառյալ նյութափոխանակությունը, սթրեսի նկատմամբ զգայնությունը և վիրուլենտությունը, կարող են արագորեն տարածվել պոպուլյացիայում՝ միկրոօրգանիզմների արագ բազմացման պատճառով։ Միկրոօրգանիզմների միջև փոխազդեցությունները կարող են արգելակել որոշակի տեսակների ֆենոտիպային և գենետիկական էվոլյուցիան' նվազեցնելով պոպուլյացիայում առանձնյակների  քանակը և ընտրության համար հնարավոր գենետիկական փոփոխականությունը, կամ կարող են նպաստել հարմարվողականությանը՝ էկոլոգիական խորշի փոփոխության դեպքում։ Pseudomonas սեռի մի քանի առանձնյակների ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ այլ տեսակների մրցակցությունը կարող է ինչպես արգելակել, այնպես էլ խթանել դրանց էվոլյուցիա ն։ Մեկ այլ օրինակ կարող է լինել միկրոբիոմում միկրոօրգանիզմների ֆունկցիոնալ մասնագիտացման հայտնվելը, որը հաճախ էնդոսիմբիոզի արդյունք է։ Այսպիսով, candidatus «Moranella endobia» և Candidatus «Tremblaya princeps» բակտերիաների միջև կապը, որոնք ապրում են  Planococcus citri,  բջիջներում հանգեցրել է նրանց միջև ֆենիլալանինի, արգինինի և իզոլեյցինի սինթեզի ուղիների միջանկյալ օղակների բաժանմանը։

Նույն, կամ նման միջավայրերից վերցրած նմուշներում նույն կարգաբանական միավորների մոտ դիտվում է գրեթե նույն օրինաչափությունը։ Դրա առավել համոզիչ օրինակը մարդու բազմաթիվ օրգաններում մշտական «հիմնական» միկրոբիոմի բացակայությունն է։ S. M. Huse et al. (2012 թ.) «Մարդու միկրոբիոմ» միջազգային նախագծի շրջանակներում անցկացված ուսումնասիրության արդյունքում պարզվել է, որ միկրոբիոտայի հստակ դասակարգումը իրականում անհնար է, և ավելի ճիշտ է խոսել ոչ թե enterotypes-ի գոյության մասին, այլ մանրէաբանական համայնքների շարունակական գրադիենտի առկայության մասին։ Մարդու միկրոբիոմի նախագիծը հայտնվել է 2007 թվականին, և այս ոլորտում հետազոտություններն իրականացվել են ԱՄՆ Առողջապահության ազգային ինստիտուտների կողմից Մինչև 2016 թվականը։ Նրա նպատակն էր ստանալ մարդու տարբեր օրգանների միկրոֆլորայի բազմազանության առավել ամբողջական պատկերը։

Չնայած հնարավոր չէ բացահայտել մարդու «հիմնական աղիքային»միկրոբիոմը, այն կարող է բնութագրվել որպես « կենդանական սպիտակուցներով և  ճարպերով հարուստ առողջ հաստ աղի»։  Ատամների նստվածքի այս կամ այս հատվածը կարող է պարունակել միկրոօրգանիզմների տարբեր պոպուլյացիաներ։ Կարգաբանական միավորների տարածվածությունը հողում, լճի ջրում և աղային նստվածքներում ուսումնասիրելիս  պարզվել է, որ դրանք 89%-ով չեն համընկնում։

## Միկրոբիոմի մոդիֆիկացիոն փոփոխականությունը
Վերջին տարիներին միկրոբիոմի ուսումնասիրությունը արագորեն զարգացել է ՝ սկսած տեր օրգանիզմի և միկրոբիոմի միջև փոխկապակցվածությունից մինչև հիվանդությունների զարգացման մեջ դրա նշանակության  ըմբռնումը։ Մարդու բնական մանրէաբանական ֆլորայի մանիպուլյացիան եզակի հնարավորություն է բացել կոմենսալ ֆլորայի արդյունավետության բարձրացման և դրա հետ կապված հիվանդությունների առաջացման ռիսկերի նվազեցման համար։ Ի հայտ են եկել մանրէակենտրոն թերապևտիկ ռազմավարություններ, որոնք ապահովում կամ վերստեղծում են հետաքրքրող մանրէաբանական պոպուլյացիայի ցանկալի գործառույթը, կամ ճնշում ու  վերացնում են որոշակի միկրոբների անցանկալի կամ պաթոգեն պապուլյացիաների ազդեցությունը։ Օրինակ, բակտերիոթերապիան հաջողությամբ օգտագործվել է Clostridium difficile վարակների դեպքում ՝ առողջ դոնորներից կղանքի միկրոբիոմների փոխպատվաստել են հիվանդին՝ վերականգնելով նրա նորմալ աղիքային միկրոբիոմը։ Այլ դեպքերում այս ճանապարհով արդյունավետորեն վերականգնել են աղիների նորմալ միկրոֆլորան դիսբակտերիոզի դեպքում։

Գոյություն ունեն նաև միկրոբիոմիմոդիֆիկացիոն  փոփոխականության փորձարարական մեթոդներ։ Այդ նպատակների համար օգտագործվում են CRISPR / Cas9 համակարգեր։ Նրանք ի վիճակի են ճանաչել պաթոգենների գենոմի որոշակի տարածքներ, որոնք պատասխանատու են հակաբիոտիկների նկատմամբ կայունության համար և հանգեցնում են դրանց դեգրադացիայի։ Այս համակարգերը բակտերիալ բջիջներին հասցնելու համար օգտագործվում են բակտերիոֆագներ։ Միևնույն ժամանակ, CRISPR / Cas9 նուկլեազները, իրենց կառուցվածքի  առանձնահատկության շնորհիվ, ազդում են միայն պոտենցիալ վտանգավոր բակտերիաների որոշակի շտամների վրա։ Այս առումով դրանց օգտագործումը անվտանգ է նորմալ միկրոֆլորայի համար և կարող է կանխել դիսբակտերիոզի զարգացումը։

## Նախագծեր
Բացի վերը նշված «Մարդու Միկրոբիոմ» նախագծից, գոյություն ունի նաև 2010 թվականին ստեղծված «Երկրի միկրոբիոմ» նախագիծը ամբողջ աշխարհում բնական նմուշների հավաքման և մանրէաբանական պպոպուլյացիաների վերլուծության նախաձեռնություն է։ Միկրոօրգանիզմները շատ տարածված են, բազմազան և կարևոր դեր են խաղում էկոհամակարգում  2010 թվականի դրությամբ հաշվարկվել է, որ ծովի ջրում կամ հողում պաթոգեն միկրոբիոմների ԴՆԹ-ն կազմում է ընդամենը 1% և  միկրոօրգանիզմների միջև հատուկ փոխազդեցությունները դեռևս ուսումնասիրված չեն։ Երկրի միկրոբիոմի նախագծի նպատակն է մշակել մինչև 200,000 նմուշ տարբեր բիոմներում ՝ ստեղծելով երկրի վրա միկրոօրգանիզմների ամբողջական շտեմարան ՝ շրջակա միջավայրը և էկոհամակարգերը բնութագրելու մանրէաբանական կազմով և փոխազդեցությամբ։ Օգտագործելով այս տվյալները, հնարավոր է առաջարկել և փորձարկել նոր էկոլոգիական և էվոլյուցիոն տեսություններ։

## Ծանոթագրություններ


Կատեգորիա:Firmicutes
Կատեգորիա:Առողջություն
Կատեգորիա:Բակտերիաներ
Կատեգորիա:Բժշկություն
Կատեգորիա:Բիոմներ
Կատեգորիա:Գենետիկա
Կատեգորիա:Դեղագործություն
Կատեգորիա:Էկոլոգիա
Կատեգորիա:Կենսաբանություն
Կատեգորիա:Մանրէաբանություն
Կատեգորիա:Մարդու անատոմիա
Կատեգորիա:Մարսողական համակարգ
Կատեգորիա:Միկրոօրգանիզմներ
Կատեգորիա:Սիմբիոզ