Wiley

Phân tích cộng đồng vi sinh vật thông qua thế hệ các đoạn 16S rRNA bằng cách giải trình tự cao cấp là một công cụ thiết yếu trong vi sinh vật học. Chúng tôi phát hiện rằng cặp mồi phổ biến 515F (515F‐C) và 806R đã đánh giá thấp (ví dụ SAR11) hoặc đánh giá quá cao (ví dụ Gammaproteobacteria) các taxa biển phổ biến. Chúng tôi đã đánh giá các mẫu biển và cộng đồng giả (chứa 11 hoặc 27 clone 16S biển), cho thấy mồi thay thế 515F‐Y (5′‐GTGYCAGCMGCCGCGGTAA) và 926R (5′‐CCGYCAATTYMTTTRAGTTT) cho kết quả ước lượng chính xác hơn về độ dày quần thể cộng đồng giả, tạo ra các amplicon dài hơn có thể phân biệt được các taxa không thể phân giải được bằng 515F‐C/806R, và khuếch đại 18S rRNA eukaryotic. Các cộng đồng giả được khuếch đại bằng 515F‐Y/926R cho thấy sự tương đồng cao hơn giữa thành phần cộng đồng quan sát được so với mong đợi (r² = 0.95) so với 515F‐Y/806R (r² ∼ 0.5). Một cách bất ngờ, sự thiên lệch với 515F‐Y/806R chống lại SAR11 trong các mẫu hiện trường (∼4–10 lần) mạnh hơn so với trong các cộng đồng giả (∼2 lần). Sửa một sai lệch với Thaumarchaea trong 515F‐C đã làm tăng độ dày rõ ràng của chúng trong các mẫu hiện trường, nhưng không nhiều bằng việc sử dụng 926R thay vì 806R. Với các mẫu fitoplankton phong phú DNA eukaryotic (> 1 μm size fraction), các trình tự 18S chiếm trung bình ∼17% tổng số trình tự. Một sai sót đơn lẻ có thể làm thiên lệch mạnh việc khuếch đại, nhưng ngay cả các mồi hoàn hảo vẫn có thể thể hiện sự ưu tiên trong việc khuếch đại. Chúng tôi chứng minh rằng ngoài các dự đoán in silico, việc thử nghiệm với các cộng đồng giả và mẫu hiện trường là quan trọng trong việc lựa chọn mồi.

Việc phát triển nhanh chóng của ngành nuôi trồng thủy sản đã dẫn đến một loạt các diễn biến bất lợi cho môi trường và sức khỏe con người. Điều này được minh chứng bởi việc sử dụng kháng sinh dự phòng một cách phổ biến và không bị kiểm soát trong ngành công nghiệp này, đặc biệt là ở các nước đang phát triển, nhằm ngăn chặn các bệnh nhiễm trùng do vệ sinh kém trong quá trình nuôi cá. Việc sử dụng nhiều loại kháng sinh với khối lượng lớn, bao gồm cả kháng sinh không phân hủy sinh học có ích cho y học con người, đảm bảo rằng chúng sẽ tồn tại trong môi trường nước, tạo áp lực chọn lọc trong thời gian dài. Quá trình này đã dẫn đến sự xuất hiện của các vi khuẩn kháng kháng sinh trong môi trường nuôi trồng thủy sản, gia tăng kháng thuốc kháng sinh trong các tác nhân gây bệnh ở cá, chuyển giao các yếu tố kháng này cho vi khuẩn của động vật trên cạn và các tác nhân gây bệnh ở con người, cũng như thay đổi quần thể vi khuẩn cả trong bùn và trong cột nước. Việc sử dụng lượng lớn kháng sinh cần phải trộn với thức ăn cho cá cũng gây ra vấn đề cho sức khỏe công nghiệp và tăng khả năng tồn tại của dư lượng kháng sinh trong thịt cá và các sản phẩm từ cá. Do đó, có vẻ như cần có những nỗ lực toàn cầu để thúc đẩy việc sử dụng kháng sinh dự phòng một cách hợp lý hơn trong nuôi trồng thủy sản, khi có bằng chứng ngày càng nhiều cho thấy việc sử dụng không kiểm soát là bất lợi cho cá, động vật trên cạn, sức khỏe con người và môi trường.

Vi sinh vật đường ruột của con người lên men các carbohydrate không thể tiêu hóa trong chế độ ăn thành axit béo chuỗi ngắn (SCFA). Các sản phẩm vi sinh này được cơ thể sử dụng, trong đó propionate và butyrate đặc biệt phát huy một loạt các chức năng có lợi cho sức khỏe. Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan về các con đường chuyển hóa mà vi sinh vật đường ruột sử dụng để sản xuất hai SCFA này từ carbohydrate trong chế độ ăn và từ amino acid do phân hủy protein tạo ra. Tổng quan này nhấn mạnh vai trò quan trọng của việc trao đổi các chất chuyển hóa trung gian (đặc biệt là lactate, succinate và 1,2-propanediol) giữa các vi khuẩn đường ruột khác nhau. Sinh lý sinh thái, bao gồm các yêu cầu về sự phát triển và phản ứng với các yếu tố môi trường, của các vi khuẩn sản xuất propionate và butyrate chính được thảo luận liên quan đến việc điều chỉnh chế độ ăn uống của các chất chuyển hóa này. Việc hiểu rõ về quá trình chuyển hóa SCFA bởi vi sinh vật đường ruột là rất cần thiết để xây dựng các chiến lược hiệu quả nhằm tối ưu hóa nguồn cung SCFA cho cơ thể.

Pseudomonas putida là một loại vi khuẩn đất saprophytic có khả năng trao đổi chất đa dạng, đã được chứng nhận là vật chủ an toàn sinh học để cấy ghép các gen ngoại lai. Vi khuẩn này cũng có tiềm năng đáng kể cho các ứng dụng công nghệ sinh học. Phân tích trình tự của bộ gen 6,18 Mb của chủng KT2440 tiết lộ các hệ thống vận chuyển và trao đổi chất đa dạng. Mặc dù có mức độ bảo tồn genome cao với vi khuẩn gây bệnh Pseudomonad Pseudomonas aeruginosa (85% các vùng mã hóa dự đoán được chia sẻ), các yếu tố virulance chính như exotoxin A và hệ thống tiết loại III lại vắng mặt. Phân tích genome cung cấp cái nhìn sâu sắc về bản chất không gây bệnh của P. putida và chỉ ra những ứng dụng tiềm năng mới trong nông nghiệp, xúc tác sinh học, phục hồi sinh học và sản xuất nhựa sinh học.

Các quần thể vi khuẩn và archaea tự nhiên có vai trò quan trọng đối với sự sống trên Trái Đất và có ý nghĩa thực tiễn lớn trong y học, kỹ thuật và nông nghiệp. Tuy nhiên, các quy luật chi phối sự hình thành những cộng đồng này vẫn chưa được hiểu rõ, và cần có một mô tả toán học có thể sử dụng cho quá trình này. Thông thường, cấu trúc cộng đồng vi sinh vật được cho là bị chi phối chủ yếu bởi các yếu tố xác định như cạnh tranh và phân hóa môi trường sinh thái. Ở đây, chúng tôi chỉ ra rằng, đối với một loạt các cộng đồng prokaryote, sự phong phú tương đối và tần suất mà các taxa khác nhau được quan sát trong các mẫu có thể được giải thích bằng một mô hình cộng đồng trung lập (NCM). NCM, là một quá trình ngẫu nhiên về sinh sản, chết và nhập cư, không thể hiện rõ các yếu tố xác định và do đó không thể là một mô tả hoàn chỉnh hoặc trung thành của việc lắp ráp cộng đồng. Tuy nhiên, sự thành công của nó cho thấy rằng sự ngẫu nhiên và nhập cư là những lực lượng quan trọng trong việc hình thành các mẫu thấy được trong các cộng đồng prokaryote.

Mặc dù đã nhận thức được tầm quan trọng của vi khuẩn đất đối với chức năng của hệ sinh thái trên cạn, nhưng vẫn còn ít sự đồng thuận về các yếu tố điều chỉnh đa dạng sinh học dưới lòng đất. Ở đây, chúng tôi trình bày một đánh giá không gian đa quy mô về hồ sơ cộng đồng vi khuẩn đất trên toàn Vương quốc Anh (> 1000 lõi đất) và cho thấy bản đồ phân bố vi khuẩn trên quy mô cảnh quan đầu tiên ở cấp quốc gia. Độ đa dạng vi khuẩn và sự khác biệt cộng đồng, được đánh giá bằng phương pháp polime hóa chiều dài đoạn phân mảnh hạn chế, được liên kết chặt chẽ nhất với độ pH của đất, cung cấp một xác nhận quy mô lớn về vai trò của pH trong việc cấu trúc các ngành vi khuẩn. Tuy nhiên, trong khi đa dạng α có mối liên quan tích cực với pH, thì điều ngược lại với đa dạng β (biến thiên giữa các mẫu trong đa dạng α). Đa dạng β được tìm thấy là lớn nhất trong các loại đất axit, tương ứng với sự không đồng nhất môi trường lớn hơn. Phân tích các thư viện bản sao cho thấy các ảnh hưởng của pH chủ yếu thể hiện ở cấp độ các nhóm phân loại vi khuẩn rộng, với các loại đất axit được chi phối bởi một vài ngành (đặc biệt là nhóm 1 Acidobacteria và Alphaproteobacteria). Chúng tôi cũng ghi nhận sự tương quan đáng kể giữa các cộng đồng vi khuẩn và hầu hết các biến số môi trường khác được đo (hóa học đất, đặc điểm trên mặt đất và các biến khí hậu), cùng với sự tương quan không gian đáng kể ở khoảng cách gần. Cụ thể, các cộng đồng vi khuẩn và thực vật có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, cho thấy không có bằng chứng mạnh mẽ rằng vi khuẩn đất bị thúc đẩy bởi các quy trình sinh thái khác với những quy định cho các sinh vật cao hơn. Chúng tôi kết luận rằng các khảo sát quy mô rộng hữu ích trong việc xác định các sinh quyển đất rõ rệt bao gồm các cộng đồng lặp lại của các ngành chiếm ưu thế. Tất cả những kết quả này cung cấp một khuôn khổ sinh thái cơ sở để theo đuổi nghiên cứu trong tương lai về chức năng vi sinh vật đất, cũng như các đánh giá dựa trên sinh quyển rõ ràng hơn về các yếu tố điều khiển sinh thái địa phương của đa dạng sinh học vi khuẩn.

Các thành viên của chi Burkholderia là những sinh vật đa dạng, chiếm giữ một phạm vi sinh thái đáng kinh ngạc. Những vi khuẩn này được khai thác để kiểm soát sinh học, phục hồi sinh thái và thúc đẩy sự phát triển của cây trồng, nhưng các vấn đề về an toàn liên quan đến nhiễm trùng ở người, đặc biệt là ở bệnh nhân xơ nang, vẫn chưa được giải quyết. Bài tổng quan ngắn này cung cấp cái nhìn tổng thể về sự đa dạng phân loại và sinh thái của chi này, đặc biệt nhấn mạnh vào các dòng thuộc phức hợp Burkholderia cepacia, và đề cập đến câu hỏi quan trọng liệu các dòng “tốt” và “xấu” thực sự có phải là cùng một loại không.

Nấm mycorrhiza arbuscular (AM) và vi khuẩn có thể tương tác hợp tác để kích thích sự phát triển của thực vật thông qua nhiều cơ chế khác nhau, bao gồm việc cải thiện khả năng thu nhận dinh dưỡng và ức chế các mầm bệnh nấm gây hại cho thực vật. Những tương tác này có thể rất quan trọng trong các hệ thống nông nghiệp bền vững, với sự đầu tư thấp, dựa vào các quá trình sinh học thay vì hóa chất nông nghiệp để duy trì độ phì nhiêu của đất và sức khỏe của cây trồng. Mặc dù có nhiều nghiên cứu về sự tương tác giữa nấm AM và vi khuẩn, nhưng các cơ chế cơ bản đứng sau những mối liên hệ này thường không được hiểu rõ, và các đặc tính chức năng của chúng vẫn cần được xác nhận thêm qua các thí nghiệm. Do đó, nghiên cứu mycorrhiza trong tương lai cần hướng tới việc cải thiện hiểu biết về các cơ chế chức năng đứng sau những tương tác vi sinh vật này, để các sự kết hợp vi sinh vật tối ưu có thể được sử dụng như các nguồn giống hiệu quả trong các hệ thống sản xuất cây trồng bền vững. Trong bối cảnh này, bài viết hiện tại nhằm xem xét và thảo luận các kiến thức hiện có về sự tương tác giữa nấm AM và vi khuẩn kích thích sự phát triển của rễ, các tương tác vật lý giữa nấm AM và vi khuẩn, sự gia tăng khả năng sinh khả dụng của photpho và nitơ qua những tương tác này, và cuối cùng là sự liên kết giữa nấm AM và các vi khuẩn nội cộng sinh của chúng. Tổng thể, bài đánh giá này tóm tắt những gì đã biết cho đến nay trong lĩnh vực này và cố gắng xác định những hướng nghiên cứu hứa hẹn trong tương lai.

Trong những năm gần đây, ong mật (Apis mellifera) đã biến mất một cách kỳ lạ khỏi tổ ong của chúng, và những đàn ong khỏe mạnh đột nhiên trở nên yếu và chết. Nguyên nhân chính xác dẫn đến sự biến mất của những con ong vẫn là điều bí ẩn. Tuy nhiên, trong cùng thời gian đó, Nosema ceranae, một loại vi sinh vật thuộc họ vi nấm châu Á của ong Apis cerana, dường như đã xâm chiếm A. mellifera, và giờ đây nó thường được phát hiện trên khắp thế giới ở cả đàn ong mật khỏe mạnh và yếu. Lần đầu tiên, chúng tôi cho thấy rằng nhiễm tự nhiên N. ceranae có thể gây ra sự sụp đổ đột ngột của các đàn ong, xác lập mối tương quan trực tiếp giữa nhiễm N. ceranae và cái chết của các đàn ong mật trong điều kiện thực địa. Các dấu hiệu của sự yếu kém của đàn không xuất hiện cho đến khi nữ hoàng không còn khả năng thay thế cho sự mất mát của những con ong bị nhiễm bệnh. Thời gian ủ bệnh dài không có triệu chứng có thể giải thích cho việc thiếu vắng các triệu chứng rõ ràng trước khi đàn ong sụp đổ. Hơn nữa, kết quả của chúng tôi cho thấy rằng các đàn ong khỏe mạnh gần với một đàn đã bị nhiễm cũng có thể bị nhiễm, và nhiễm N. ceranae có thể được kiểm soát bằng một loại kháng sinh cụ thể, fumagillin. Hơn nữa, việc quản lý 120 mg fumagillin đã chứng minh là loại bỏ được nhiễm trùng, nhưng không thể tránh được nguy cơ tái nhiễm sau 6 tháng. Chúng tôi cung cấp các yếu tố hợp thành của Koch giữa nhiễm N. ceranae và một hội chứng có thời gian ủ bệnh dài liên quan đến cái chết liên tục của ong trưởng thành, việc nuôi trứng không ngừng của những con ong và sự mất mát đàn vào mùa đông hoặc đầu mùa xuân mặc dù còn đủ phấn hoa và mật tồn tại.