Mikrobiom

Mikrobiom (původně μικρός (mikrós neboli "malý") a βίος (biós neboli "život" ze starověké řečtiny) je organizované společenství mikroorganismů kolonizující jakýkoliv prostor. Přesněji ji definovali v roce 1988 Whipps et al. jako „mikrobiální společenství zabírající definované stanoviště, které má odlišné fyzikálně-chemické vlastnosti." Termín tedy odkazuje nejen na mikroorganismy přítomné v prostředí, ale také zahrnuje jejich prostředí. V roce 2020 zveřejnil mezinárodní panel odborníků výsledek svých diskusí o definici mikrobiomu. Navrhli definici mikrobiomu založenou na novém uvedení „kompaktního, jasného a komplexního popisu termínu“ původně uvedeného Whipps et al., avšak doplněné o dva hlouběji vysvětlující odstavce. První vysvětlující odstavec se věnuje popisu dynamického charakter mikrobiomu a druhý vysvětlující odstavec jasně odděluje pojem mikrobiota od pojmu mikrobiom.

Mikrobiota je společenství mikroorganizmů skládající se ze všech živých členů tvořících mikrobiom. Většina výzkumníků mikrobiomu souhlasí s tím, že bakterie, archea, houby, řasy a protozoa by měly být považovány za členy mikrobiomu. Kontroverznější je integrace fágů, virů, plazmidů a dalších genetických prvků. Dále Whipps s kolektivem v definici prostředí popsali, ve kterém je mikrobiota přítomna. Zde hraje zásadní roli přítomnost sekundárních metabolitů při zprostředkování složitých mezidruhových interakcí, čímž si mikroorganismy zajišťují přežití v konkurenčním prostředí. Tzv. Quorum sensing neboli komunikace mezi mikroorganismy je indukovaná malými molekulami, které mikroorganismy produkují. Toto umožňuje bakteriím řídit kooperativní aktivity a přizpůsobovat jejich fenotypy biotickému prostředí, což vede např. k mezibuněčným adhezím nebo tvorbě biofilmu.

Všechna zvířata a rostliny vytváří vzájemné asociace s různými mikroorganismy, včetně protozoí, bakterií, archeí, hub a virů. V oceánu byly tyto vztahy historicky v systémech jednoho hostitele a jednoho symbionta. Nové výzkumy studující diverzitu mikroorganismů asociovaných s různými hostiteli mořských živočichů však posouvají pole zájmu do studií, které se zabývají interakcemi mezi hostitelem a vícečlenným mikrobiomem. Potenciál mikrobiomu ovlivňovat zdraví, fyziologii, chování a ekologii mořských živočichů by mohl především změnit současné chápání toho, jak se mořští živočichové přizpůsobují změnám. To se týká zejména rostoucích změn souvisejících s klimatem a lidskou činností, které dnes výrazně ovlivňují život v oceánu. Mikrobiom rostlin hraje klíčovou roli pro růst rostlin a následnou produkci potravin z nich. V posledních letech mu proto byla věnována zvýšená pozornost. Rostliny žijí v úzkém spojení s různými mikrobiálními společenstvi, označovanými jako rostlinný mikrobiom žijícími jak uvnitř (endosféra), tak vně (episféra) rostlinných tkání. Rostlinný mikrobiom hraje stěžejní roli v ekologii a fyziologii rostlin. Předpokládá se, že základní rostlinný mikrobiom obsahuje mikrobiální druhy nezbytné pro zdraví rostlin a pro schopnost růstu rostliny. Podobně jako u rostlin se savčí střevní mikrobiom ukázal jako klíčový regulátor fyziologie hostitele. Následná koevoluce mezi hostitelem a jeho střevní mikrobiotou hraje klíčovou roli u adaptace savců na jejich rozmanitý životní styl.

Zájem o výzkum mikrobiomu se začal objevovat v mikrobiologii již v sedmnáctém století. Vývoj nových technik a výrazný posun v laboratorním vybavení podpořil mikrobiologický výzkum, který zásadním způsobem změnil chápání problematiky zdraví a nemocí. Vývoj prvních mikroskopů umožnil objev nového, doposud neznámého a neviditelného světa a vedl k identifikaci jednotlivých mikroorganismů. Infekční nemoci se staly hlavním pilířem zájmu a výzkumu, ačkoliv dnes víme, že pouze malá část mikroorganismů je spojena s vyvoláním onemocnění, a tedy patogenitou. Převážná většina mikrobů je nezbytná pro zdravé fungování těla či jakékoliv jiného ekosystému a je známá prospěšnými interakcemi s jinými mikroorganismy. Koncept existence mikroorganismu jako jednotlivé buňky se brzy začal měnit, a to tehdy, když bylo stále zjevnější, že mikroorganismy se vyskytují v komplexních sdruženích (konsorciích), ve kterých jsou kritické interakce druhů a vzájemné mezidruhové komunikace. Objev DNA, vývoj sekvenačních technologií, PCR a klonovacích technik umožnily podrobnější zkoumání mikrobiálních komunit pomocí přístupů nezávislých na jejich kultivaci. K dalším změnám došlo na začátku tohoto století a stále pokračují, protože nové technologie sekvenování a nashromážděná sekvenční data zdůraznily jednak všudypřítomnost mikrobiálních komunit ve spojení s vyššími organismy, ale také kritickou roli mikrobů ve zdraví lidí, zvířat a rostlin. Tato zjištění způsobila revoluci v mikrobiální ekologii. Analýza genomů a metagenomů vysoce výkonným způsobem nyní poskytuje vysoce efektivní metody pro výzkum fungování jednotlivých mikroorganismů i celých mikrobiálních společenstev v jednotlivých přírodních stanovištích či hostujících organismech.