W naszej poprzedniej dyskusji podkreśliliśmy, jak dużym wyzwaniem jest prowadzenie rzetelnych naukowo badań nad mikrobiotą świń. Mimo to obserwujemy coraz większą liczbę badań publikowanych na ten temat (Wykres 1). W miarę jak coraz więcej informacji staje się dostępnych, jak można wyciągnąć sens z tych danych - i zastosować je na fermie?
Krok 1 – Poznaj swoje warunki.
Istnieje kilka kluczowych metryk stosowanych w badaniach mikrobiomu, które ułatwiają nam zrozumienie wyników. Wiele z nich zapożyczono z ekologii "makro" - w końcu społeczność bakterii w jelitach nie różni się wiele od ławicy ryb w morzu. Obie mają relacje ze swoim środowiskiem i innymi istotami, które dzielą z nimi przestrzeń/siedlisko. Dlatego zrozumienie tych metryk pozwoli na właściwą interpretację eksperymentów skoncentrowanych na mikrobiomie. Ogólnie rzecz biorąc, badania takie skupiają się na wyjaśnieniu, jakie mikroby są obecne/nieobecne w danej próbce - odpowiadają na ogólne pytanie "kto tam jest" i "ile was tam jest"? Różne gatunki/rodzaje mikrobów w danym siedlisku (np. jelicie) są często określane jako różnorodność społeczności. Ta różnorodność jednostek (np. owoców, bakterii) w jednym siedlisku (np. kał od świni odsadzonej #495 w 3 dniu po odsadzeniu) jest nazywana różnorodnością alfa (Wykres 2) i bierze pod uwagę dwa główne aspekty:
- Bogactwo gatunkowe: ile jest różnych rodzajów bakterii/gatunków.
- Równomierność gatunkowa: rozmieszczenie (obfitość) tych gatunków, czy jeden organizm dominuje (jest bardziej obfity) nad innymi.
Istnieje wiele indeksów stosowanych do pomiaru różnorodności alfa, z których najbardziej powszechne to indeks Shannona, Chao1 czy Simpsoma. Każdy z nich odzwierciedla inne aspekty różnorodności alfa. Indeksy te można często zobaczyć w badaniach mikrobiomu, odzwierciedlając różnorodność wewnątrz próbki.
Porównując społeczności bakteryjne dwóch siedlisk (np. próbki kału świń leczonych i nieleczonych antybiotykami), badamy ich różnorodność beta - podobieństwo między próbkami. Czy te społeczności mają wiele wspólnych cech (np. czy możemy znaleźć te same bakterie w próbce kału A i B, Ryc. 3)? Czy są one podobne czy niepodobne? Ponownie, istnieje wiele indeksów używanych do pomiaru tego, takich jak Unifrac, Jaccard, Bray-curtis dissimilarity, itp. Uwzględniają one różne aspekty różnorodności społeczności, takie jak (fito)genetyczne relacje między mikrobami lub ich liczebność w każdej próbce.
Ogólnie rzecz biorąc, różnorodność alfa mikrobów jelitowych ma tendencję do zwiększania się, a różnorodność beta ma tendencję do zmniejszania się w ciągu życia świni (rysunek 4).
Krok 2 – Czy badanie obejmowało odpowiednie kontrole?
Jeśli chodzi o badania mikrobiomu, należy dołożyć wszelkich starań, aby zminimalizować wpływ zanieczyszczeń. Mikrobowe DNA jest dosłownie wszędzie (nawet jeśli mikroby są martwe, ich DNA tam jest), a obecne technologie sekwencjonowania DNA mogą wykryć bardzo małe jego ilości (jak omówiono w części 1). Dlatego badania nie tylko muszą obejmować odpowiednie grupy doświadczalne (np. świnie leczone lub nie leczone antybiotykami w tej samej partii, jedzące tę samą dietę, itd...), ale także odpowiednie kontrole techniczne (puste probówki do pobierania próbek, zestawy do sekwencjonowania bez próbek), aby pomóc zidentyfikować zanieczyszczenia i usunąć je z analiz. Jeśli nie zostaną one ujawnione w badaniu, wszelkie wnioski mogą być obarczone błędem.
Krok 3 – Znaczenie biologiczne i poza wartością P (lub: czy to naprawdę miało wpływ na zwierzęta?)
W pewnym sensie łatwo jest zaburzyć strukturę społeczności mikrobiologicznej. Mikrobiota jelitowa, na przykład, jest podatna na zmiany w diecie, przestrzeni fizycznej i antybiotykach. Interwencje mogą łatwo spowodować istotne zmiany w składzie społeczności (zarówno różnorodności alfa jak i beta). W ostatnich dekadach przeprowadzono bardzo ważne prace, które to potwierdzają. Kluczowe są jednak dowody na znaczenie biologiczne. Wiele z "pracy" wykonywanej przez mikroby jest zbędna. Na przykład wielu członków mikrobioty jelitowej może produkować te same krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe. Dlatego zmiany w składzie społeczności mikrobów (czyli "kto tam jest") są prawdopodobnie mniej ważne niż to, co robią. Ważne jest, aby szukać pośrednich dowodów, że na to ostatnie wpłynęła interwencja, a to może przyjść na różne sposoby: tempo wzrostu, odporność na choroby, funkcja bariery jelitowej. To naprawdę zależy od badania, ale powinno być zgłoszone.
Jak w przypadku każdej innej najnowocześniejszej technologii, niektóre ważne aspekty mogą zostać utracone podczas przekładania badań z laboratorium na farmę. W miarę jak modulacja mikrobiomu i jej zastosowania w produkcji trzody chlewnej stają się coraz bardziej zrozumiałe, powinniśmy zobaczyć nowe strategie, które pomogą zwiększyć wydajność i odporność na choroby.