Powiązanie mikrobioty z produkcją trzody chlewnej - dlaczego jeszcze tego nie zrobiliśmy? Część 1

W ostatnich kilku latach najprawdopodobniej mówiło się o "mikrobiocie" świń. Wiele badań naukowych przyjrzało się mikrobiocie i jej wpływowi na produkcję i zdrowie, ale nie ma jasnego obrazu tego, jak wygląda "zdrowa mikrobiota". Czym jest mikrobiota i jak może pomóc w utrzymaniu zdrowych świń? Przyjrzyjmy się temu.

Mikrobiota to słowo ukute przy użyciu ekologicznego terminu biota, który oznacza każdy rodzaj formy życia występujący w danym regionie lub siedlisku. Mikrobiota odnosi się zatem do mikroskopijnej fauny i flory - wszystkich mikroorganizmów występujących w danym miejscu (np. skład mikrobioty jelitowej świń przedstawiono na rysunku 1). Pod tym pojęciem kryje się mikrobiota bakteryjna (gdy mowa tylko o bakteriach), wirusowa (tylko w przypadku wirusów) czy mykobiota (tylko grzyby). Nie należy tego mylić z mikrobiomem (lub innymi terminami kończącymi się na "-ome") - który oznacza zbiór genomów w danej próbce. Genomy to zbiór genów z danego organizmu. Mikrobiota i mikrobiom to nie to samo, ale często używa się ich zamiennie.

Badanie mikrobioty jest niezwykle złożoną i wymagającą operacją. W rzeczywistości większość badań nad "mikrobiotą" przygląda się czemuś innemu. Inaczej niż biolog używający lornetki do obserwacji dzikich makaków w brazylijskim lesie deszczowym, mikrobiolodzy nie mogą po prostu patrzeć na wirusy i obserwować ich interakcji. W rzeczywistości nie możemy wyhodować wielu mikroorganizmów w laboratorium przy użyciu rutynowych protokołów (Kogure i in., 1979; Staley i Konopka, 1985). Był to problem tak poważny, że naukowcy nazwali go "wielką anomalią liczebności drobnoustrojów w technikach hodowlanych" (ang. "great plate count anomaly”): zjawisko, w którym można było zaobserwować wiele różnych mikroorganizmów pod mikroskopem, ale hodowla laboratoryjna nie dawała takiej różnorodności (rysunek 2). Wyjaśnia to nasze ograniczone zrozumienie wymagań odżywczych i środowiskowych każdego mikroorganizmu - prawdopodobnie znamy tylko bardzo ograniczoną część wszystkich mikrobów. Jak więc można badać mikrobiotę?

Odpowiedzią jest sekwencjonowanie - sekwencjonujemy ich genomy i wykorzystujemy sekwencję DNA do ich identyfikacji, a także do zrozumienia, w jaki sposób wchodzą w interakcje ze sobą i swoimi świńskimi gospodarzami. Sekwencja DNA każdego mikroba (i każdej innej żywej istoty) działa jak kod kreskowy. Skanując ten kod kreskowy, możemy zidentyfikować "produkt" (mikrob). Dlatego zdecydowana większość tego, co wiemy o mikrobiocie, pochodzi z wiedzy o mikrobiomie. Ale dlaczego nie możemy udomowić mikrobioty, tak jak zrobiliśmy to z psami 10 000 lat temu, i sprawić, by pracowała dla nas?

Większość badań, jak dotąd, skupiła się na odpowiedzi na pytanie "kto tam jest?" w mikrobiomie. Chociaż jest to ważny krok, obecnie następuje przesunięcie w kierunku uznania, że nawet bardziej istotne niż zrozumienie "kto", jest wiedza "co robi?". Ponadto istnieje kilka zastrzeżeń, jeśli chodzi o technologie sekwencjonowania DNA i przekładania tych (dużych ilości) danych na rozwiązania przydatne na fermie:

• DNA jest obecne wszędzie. Oznacza to, że zanieczyszczenia są wprowadzane na niemal każdym etapie analizy (Salter i in., 2014). Może to zniekształcić dane i zamglić wyniki, chyba że obecne są bardzo solidne kontrole ujemne, a często nie są;
• Narzędzia używane do analizy danych mikrobiomu nie są wystandaryzowane, a każde z nich ma wrodzoną stronniczość. Oznacza to, że bardzo trudno jest porównać dane z jednego badania do drugiego;
• Jest BARDZO DUŻO mikrobów (w samej okrężnicy jest ich 10¹⁴). Wszystkie są różne i mamy bardzo mało informacji o tym, czym jest większość z nich, co mogą zrobić i jak to robią;
• Każda znacząca aktywność pochodzi zazwyczaj od rzadkich mikrobów - co oznacza, że szukamy igły w stogu siana, nie wiedząc jak ta igła wygląda;
• Istnieją interakcje między mikrobami, których nie rozumiemy/nie wiemy o nich, więc jak możemy ich szukać?
• Mikrobiota jest złożona i BARDZO zmienna. Różni się między gospodarzami (świnia vs krowa), między miejscami (świńskie oko vs świńska jama ustna), między porą dnia (rano vs noc (Liang i FitzGerald, 2017; Voigt et al., 2016). Zasadniczo, za każdym razem, gdy na to patrzymy , widzimy coś innego.

Istnieje przekonanie, że niektóre z tych wyzwań zostaną rozwiązane w ciągu najbliższych kilku lat, w miarę jak technologie sekwencjonowania DNA staną się bardziej wydajne i dostępne, a także zostanie opracowana lepsza metoda wykrywania zanieczyszczeń. W naszym kolejnym artykule z tej serii przyjrzymy się temu, jak interpretujemy dane mikrobiomu, co wiemy do tej pory o mikrobiomie świń i jakie postępy czynimy, aby wykorzystać jego potencjał do poprawy zdrowia i produkcji.