Biom czy Om? Krótka historia mikrobiomu.

Wiemy, że to wciąż gorący temat. Wiemy, że jest istotny. Wiemy, że jeszcze wiele do odkrycia. Nowe badania co dzień dokładają małą lub większą cegiełkę do rozwoju tej dziedziny.

Czy zastanawialiście się kiedyś skąd tak właściwie pojawił się pomysł podglądania naszych małych sąsiadów? A skąd wziął się sam termin mikrobiom? I co on właściwie oznacza?

Mikrobiolog Jonathan Eisen próbując zmierzyć się z tym zagadnieniem, odkrywa, że nie jest to wcale takie oczywiste. Ale po kolei.

Dość powszechnie uważa się, że po raz pierwszy pojęcie mikrobiomu zostało wprowadzone przez Joshuę Lederberga, amerykańskiego genetyka i mikrobiologa. Wspomina o tym jedna z publikacji z 2001 r.:

Laureat Nobla, Joshua Lederberg sugeruje wprowadzenie terminu mikrobiom do określania zbiorowego genomu wszystkich mikroorganizmów zasiedlających nasze ciało (mikroflora), zakładając, że idea ukazująca całościowy genetyczny obraz Homo sapiens jako formy życia powinna obejmować również geny w naszym mikrobiomie.1
working
Lederberg w laboratorium Uniwersytetu Wisconsin, październik 1958. Źródło: http://www.nlm.nih.gov/

Na pierwszy rzut oka wydawać by się mogło, że termin mikrobiom powinien być rozumiany jako zbiór genomów mikroorganizmów danego ekosystemu (np. ciało człowieka), natomiast pojęcie mikrobiota zastąpiło określenie mikroflora, określające to zbiorowisko drobnoustrojów. Zamieszanie z mikrobiomem i mikrobiotą może czasem pozostać niezauważone, w związku z nazbyt częstym, zamiennym wykorzystywaniem tych dwóch pojęć. Nierzadko mówiąc np. mikrobiom jelit mamy tak naprawdę na myśli poszczególne gatunki bakterii bytujące w układzie pokarmowym i ich wpływ na nasze zdrowie.

Sprawę dodatkowo komplikuje pewien fragment zawarty w książce z lat 80-tych:

A convenient ecological framework in which to examine biocontrol systems is that of the microbiome. This may be defined as a characteristic microbial community occupying a reasonably well defined habitat which has distinct physio-chemical properties. The term thus not only refers to the microorganisms involved but also encompasses their theatre of activity.2

Po pierwsze, sam termin jak i definicja pojawiły się wcześniej, niż to przypisuje się Leidebergowi. Po drugie, ta definicja trochę zmienia nasz sposób postrzegania tego pojęcia.

Możemy go [mikrobiom] zdefiniować jako charakterystyczną społeczność mikrobiologiczną zajmująca dobrze zdefiniowane siedlisko, o konkretnych właściwościach fizyczno-chemicznych. Określenie to odnosi się zatem nie tylko do mikroorganizmów ale obejmuje również ich aktywność „teatralną”.2

Jest to o tyle interesujące, ponieważ o wiele bardziej pasuje do potocznego rozumienia mikrobiomu – z naciskiem na BIOM, czyli jako społeczność, zbiorowisko organizmów zamieszkujących dany obszar, a nie na OM – będący nawiązaniem do słów GENOM lub PROTEOM.

Poniżej kilka cytatów z prac Lederberga:

Poniższa tabela zawiera świeżą koncepcję mikrobiomu Lederberga, oznaczającą ekologiczną społeczność mikroorganizmów komensalnych, symbiotycznych i patogennych, które dosłownie dzielą przestrzeń z naszym ciałem, ale do niedawna były ignorowane jako czynniki wpływające na nasze zdrowie.3

(…) Powitaliśmy nowe stulecie wspaniałym projektem poznania ludzkiego genomu, jednak musimy pamiętać, że duża biologiczna składowa naszego ciała to obce genomy. Olbrzymie ilości bakterii i wirusów zamieszkują naszą skórę, błony śluzowe i przewód pokarmowy. Odgrywają one znacznie większą rolę w rozwoju i odporności na choroby, niż nam się wydaje. Zrozumienie tego współistnienia genomów w organizmie człowieka – który nazywam mikrobiomem – jest kluczowe dla zrozumienia relacji między zdrowiem a chorobą.4

MIKROBIOM Moglibyśmy zatem poszerzyć nasze filozoficzne horyzonty, gdybyśmy pomyśleli o człowieku (przestrzeni ciała) jako czymś więcej niż tylko organizm. To superorganizm, z genomem rozszerzonym ponad jego własne komórki, a obejmującym zmienne społeczności bakterii i wirusów ulokowanych w tej przestrzeni. Niektórzy z tych najeźdźców stają się integralną częścią naszych komórek, a nawet przekraczają wszelkie granice i wpisują się w nasz genom. Nazywam ten zbiór organizmów poszerzających definicję człowieka – mikrobiomem i modlę się o więcej badań na temat ich wpływu na nasze życie, ale bez traktowania tych interakcji wyłącznie w aspekcie choroby. Zrozumienie tego oznacza, że żyjemy w pokojowej kooperatywie z mikroorganizmami, które nie mają na celu nas zabić.4

Co z tego wynika? Na dzień dzisiejszy możemy przyjąć, że mikrobiom ma podwójne znaczenie – ekologiczne i genomowe. Filozof John Huss porusza ten problem szerzej w swojej pracy:

W literaturze naukowej na temat mikrobiomu człowieka, część badaczy przyjmuje wyjaśnienie tego terminu na podstawie jego fonetycznego podobieństwa, co prowadzi do interesujących napięć.

Z jednej strony, pojęcie „mikrobiom” odnosi się po prostu do wspólnego genomu mikrobioty danego organizmu, co jest odwzorowaniem pozostałych „-omów” w biologii molekularnej tj. genom, transkryptom, proteom, wirom (Lederberg 2001). Nie wzbudza to zbytnich kontrowersji, jednak główna kwestia sporna dotyczy tego, czy tylko mikroorganizmy autochtoniczne powinny zostać uwzględnione w tej definicji i czy należy włączyć w to również wirusy (lub pozostawić oddzielnie jako „wirom”). Z drugiej strony, niektórzy naukowcy, w tym kilku bardzo znanych z tej dziedziny (Nicholson et al. 2005; Shade and Handelsman 2012; Weinstock 2012) interpretuje to pojęcie ekologicznie jako „biom mikroorganizmów”. Co ciekawe, w takim znaczeniu ekologiczne tłumaczenie było wykorzystywane rzadziej przed rozpoczęciem „ery genomowej” (z wyjątkiem Mohr 1952).

Oczywiście możemy uznać, że podwójne znaczenie odzwierciedla podwójne zamieszanie – Lederberg tłumaczy nowy „om” odwołując się do istniejących już pojęć genetyki, podczas gdy inni kontynuują ekologiczną interpretację w erze postgenomiki – ale ogólnie mówiąc bardziej produktywnym podejściem może być dostrzeganie kontrastu w stosowaniu tych dwóch interpretacji, jako odbicia dwóch różnych naukowych strategii lub punktów odniesienia.

Jedna ze strategii jest zasadniczo molekularna i wykorzystuje techniki biologii systemów do łączenia informacji na temat mechanizmów molekularnych i szlaków metabolicznych. Inna strategia jest zasadniczo ekologiczna i stosuje techniki genomiki do rozpoznawania gatunków w środowisku drobnoustrojów. W literaturze biomedycznej, ekologiczne powiązania z pojęciem „mikrobiomu” są wykorzystywane w promocji holistycznego podejścia do zdrowia człowieka jakie prezentuje Projekt Ludzkiego Mikrobiomu, nawet jeśli jego podstawowym narzędziem badawczym jest genomika i genetyka, na podstawie których bada się wzajemne relacje między mikrobiotą a ciałem człowieka. Wieloznaczność terminu „mikrobiom” nadaje badaniom molekularnym charakter ekologiczny.5


 

Przypisy

  1. Lora V. Hooper, Jeffrey I. Gordon, Commensal Host-Bacterial Relationships in the Gut, Science 11 May 2001: Vol. 292. no. 5519, pp. 1115 – 1118 
  2. M.N. Burge, Fungi in Biological Control Systems. Manchester University Press, 1988, s. 176
  3. Joshua Lederberg, ‚Ome Sweet’ Omics – A Genealogical Treasury of Words, The Scientist, April 2, 2001
  4. Joshua Lederberg, Of Men and Microbes, New Perspectives Quarterly Volume 21, Issue 4, pages 92–96, Fall 2004
  5. John Huss, Methodology and Ontology in Microbiome Research, Biological Theory December 2014, Volume 9, Issue 4, pp 392-400
Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s