ميكروبيوم
خلفية > تاريخيًا

نشأت أبحاث الميكروبيوم في علم الأحياء الدقيقة وبدأت في القرن السابع عشر. أدى تطوير تقنيات ومعدات جديدة إلى زيادة أبحاث علم الأحياء الدقيقة الطبي ونتج عنه تحولات نموذجية في فهم الصحة والمرض. نظرًا لأن الأمراض المعدية أثرت على البشر على مدار معظم التاريخ، فقد كان علم الأحياء الدقيقة الطبي من أهم العلوم التي دُرست بهدف تحقيق المصلحة العامة. بالإضافة إلى ذلك، يعد علم الأحياء الدقيقة الغذائي مجالًا قديمًا للتطبيقات التجريبية. سمح تطوير المجاهر الأولى باكتشاف عالم جديد غير معروف وأدى إلى التعرف على الكائنات الحية الدقيقة.
فتح الوصول إلى العالم غير المرئي سابقًا عيون وعقول الباحثين في القرن السابع عشر. درس أنتوني فان ليوينهوك البكتيريا المتنوعة من مختلف الأشكال والفطريات والأوليات (التي أطلق عليها اسم الجزيئات الحيوانية) بشكل أساسي من عينات الماء والطين ولويحات الأسنان، واكتشف الأغشية الحيوية كأول مؤشر على الكائنات الحية الدقيقة التي تتفاعل داخل مجتمعات الكائنات الميكروبية المعقدة. كان تفسير روبرت كوخ لأصل الأمراض البشرية والحيوانية نتيجة للعدوى الميكروبية وتطوير مفهوم الإمراضية معلمًا مهمًا في علم الأحياء الدقيقة. حولت هذه النتائج تركيز مجتمع البحث والجمهور على دور الكائنات الحية الدقيقة كعوامل لتشكيل المرض والتي يجب القضاء عليها.
ومع ذلك، أظهرت الأبحاث الشاملة على مدى القرن الماضي أن نسبة صغيرة فقط من الكائنات الحية الدقيقة مرتبطة بالمرض أو الإمراضية. الغالبية العظمى من الميكروبات ضرورية لعمل النظام البيئي ومعروفة بالتفاعلات المفيدة مع الميكروبات الأخرى. في الواقع، يعد الحفاظ على ميكروبيوم صحي أمرًا ضروريًا لصحة الإنسان وقد يكون هدفًا للعلاجات الجديدة. في نهاية القرن التاسع عشر، بدأ علم الاحياء الدقيقة البيئي بالعمل الرائد الذي قام به سيرجي وينوجرادسكي ومارتينوس بايرينك. نتج عن علم الأحياء الدقيقة البيئي نقلة نوعية أخرى: الكائنات الدقيقة موجودة في كل مكان في البيئات الطبيعية، وغالبًا ما ترتبط بالمضيفين، وللمرة الأولى أبلغ عن آثار مفيدة على مضيفيها.
بعد ذلك، بدأ مفهوم وجود الكائنات الحية الدقيقة كخلايا مفردة في التغير، وأصبح من الواضح بشكل متزايد أن الميكروبات تحدث داخل التجمعات المعقدة حيث تكون تفاعلات الأنواع والتواصل أمرًا بالغ الأهمية لديناميات السكان والأنشطة الوظيفية. إن اكتشاف الحمض النووي، وتطوير تقنيات التسلسل، وتقنيات تفاعل البوليميراز المتسلسل، وتقنيات الاستنساخ مكّن من دراسة المجتمعات الميكروبية باستخدام مناهج تعتمد على الزراعة والحمض النووي والحمض النووي الريبي.
كانت الخطوة المهمة الأخرى هي إدخال العلامات الجينية مثل جين الرنا الريباسي 16S إلى طرق تحليل ودراسة المجتمع الميكروبي بواسطة كارل ووز وجورج إي. فوكس في عام 1977. في الوقت الحاضر، يمكن لعلماء الأحياء ترميز البكتيريا والعتيقات والفطريات والطحالب والطلائعيات في موائلها الطبيعية، من خلال استهداف جينات الرنا الريباسي 16S و18S، أو فاصل النسخ الداخلي (ITS)، أو بدلًا من ذلك، مناطق وظيفية محددة من الجينات التي ترمز إنزيمات معينة.
بدأ تحول نموذجي رئيسي آخر في بداية هذا القرن وما زال مستمرًا حتى اليوم، فقد سلطت تقنيات التسلسل الجديدة وبيانات التسلسل المتراكمة الضوء على وجود المجتمعات الميكروبية في كل مكان وارتباطها بالكائنات الحية العليا والأدوار الحاسمة للميكروبات في صحة الإنسان والحيوان، والنبات. أحدثت هذه الاحتمالات الجديدة ثورة في علم البيئة الميكروبية، لأن تحليل الجينومات والميتاجينومات بطريقة عالية الإنتاجية يوفر طرقًا فعالة لمعالجة الإمكانات الوظيفية للكائنات الحية الدقيقة الفردية وكذلك المجتمعات بأكملها في بيئاتها الطبيعية. توفر تقنيات الملتي أوميكس بما في ذلك طرق الميتاترنسكريبتوم والميتابروتيوم والميتابولوم الآن معلومات مفصلة عن الأنشطة الميكروبية في البيئة. بناءً على الأساس الغني للبيانات، اكتسبت زراعة الميكروبات، التي غالبًا ما تجاهلها العلماء أو قللوا من شأنها على مدى الثلاثين عامًا الماضية، أهمية جديدة، وأصبحت الزراعة عالية الإنتاجية الآن جزءًا مهمًا من مجموعة الأدوات لدراسة الميكروبيوم. سُلط الضوء على الإمكانات والقوة العالية للجمع بين تقنيات «الأوميكس» المتعددة لتحليل تفاعلات المضيف مع الميكروبات في العديد من المراجعات.