最近的医学研究揭示了人类的进步依赖于微生物的不同特征和功能。同样,其他高等生物的微生物疾病中扮演关键性的角色,健康、成长和发展他们的主机。探索跨王国拥有巨大的潜力来理解常见微生物功能机制和概念基础微生物大会和微生物过程,维持生命的真核生物。肠道和植物根际都是开放系统与大型与微生物表面区域人口过剩。尽管不同的微生物组成的差异,这两个比例惊人的相似之处微生物生态系统功能与营养收购,免疫系统调制和防止感染。我们也讨论人类和植物交换微生物如何,不管是好是坏。我们建议采用生态理论,结合建模和合成微生物生态系统,提供了一个有前途的战略识别主机特征和信号参与组装在真核生物和微生物。

惊人数量的微生物生活在真核生物的细胞组织中,从而影响他们的主机功能和进化的。微生物的概念,即微生物的集体社区,他们的基因组和交互,首次使用的环境中微生物在人体。自那时以来,许多研究采用这个术语来描述相关的微生物群落与其他哺乳动物、昆虫、鱼或植物。对于人类来说,微生物大大加剧了新陈代谢,并提供功能,人类不需要发展自己的(吉尔et al ., 2006)。因此,存在于人类微生物组的基因被认为是次要的基因组。植物也依靠微生物的特定的特征和功能,包括营养收购和宽容(a)生物应激因素(门德斯et al ., 2013)。人类微生物组的最高密度的微生物在胃肠道中找到,在“他们合成的必需氨基酸和维生素,否则消化的过程组件的贡献我们的饮食如植物多糖(Backhed et al ., 2005)。同样,使人口过剩植物根际微生物,也就是说,狭窄的区域并通过分泌受植物根系周围土壤的营养和其他化学多样性的化合物。在这种背景下,根际可视为“肠道内而外”(Ramirez-Puebla et al ., 2013)。

技术进步,包括下一代测序、生物信息学和代谢组学,使微生物结构的更详细的分析和功能在协会与宿主。哺乳动物的肠道菌群结构与主机发展史,饮食,感染和医疗干预措施。各种研究已经表明植物的微生物结构是由宿主基因型,土壤特性、施肥、病原体感染和农药应用程序。虽然在人类饮食的主要来源是肠道微生物,微生物在植物根系从土壤中主要是选择种子发芽和植物生长。此外,对哺乳动物和植物微生物的一些成员可能是继承了母亲。

对比与根际细菌社区和哺乳动物的肠道表明生态系统都是由相同的四个细菌类群(厚壁菌门、拟杆菌、变形菌门,放线菌),尽管在不同的相对丰度。降低等级水平的分类学分类显示一个独特的微生物组成、相关,其中,差异在肠道和根际氧的可用性。在这两种生态系统,微生物结构的稳定性是关键的功能和幸福主机(图1)。扰动健康个体的肠道菌群结构,也称为失调(彼得森和圆的,2014),会导致特定功能的变化。例如,厚壁菌门的比率的变化拟杆菌在肠道的哺乳动物会影响能量收获和肥胖的能力(恩伯et al ., 2006),而减少多样性与炎症性肠病(Khoruts et al ., 2010)。在根际,变形菌门的相对丰度和放线菌与预防真菌感染的病原体(门德斯et al ., 2011)。因此,在人类和植物微生物的研究中,有一个强烈的兴趣来定义和描述健康的微生物。这个基本知识将使治疗向“rebiosis”,也就是说,重建健康、复杂的微生物生态失调。引人注目的是,粪便移植用于重建健康肠道微生物在根际研究中也有类似的同行。类似于治疗人类腹泻粪便细菌疗法(Khoruts et al ., 2010所谓的疾病抑制土壤),移植nonsuppressive(有利)土壤可以恢复保护植物土传真菌和细菌感染(门德斯et al ., 2011)。因此,粪便细菌疗法和土壤移植共享相同的基本原理,这是恢复平衡,“健康”微生物。

图1
图1

共性的生命支持功能的人类肠道微生物和植物根际。

全尺寸图像

荟萃分析60种哺乳动物的粪便细菌社区发现,细菌在食草动物多样性较高,其次是杂食动物和食肉动物;人类与其他杂食动物集群(雷et al ., 2008)。考虑到植物组织,包括根,是由一个庞大而多样化的殖民地的微生物数量,食草性提供了一种微生物的动植物王国之间的联系,也就是说,当动物吃植物,微生物传输从植物组织和建立在肠道系统。这里具体应注意人类机会致病菌存在于植物组织,或可能导致疾病疲惫不堪的消费者被污染的植物材料。比较植物的根际土壤微生物生长抑制或有利于特定的土壤真菌植物病原体显示更高的丰富性和大量的假定的机会主义人类致病菌有利土壤比抑制(门德斯et al ., 2013)。这一发现表明,扰动在健康植物的微生物可能导致增殖,转移和入侵人类机会致病菌通过饮食。也根际细菌对植物生长和植物健康有益的影响可以表示一种威胁中引入人类时,考虑到这些隔离有时是密切相关的人类致病菌株或基因的机会。

虽然我们集中讨论两种看似不同的微生物生态系统(人类、植物),同时昆虫、线虫、鱼类和鸟类是相互作用和依赖他们的特定特征的微生物。如何探索获得越来越多的微生物数据跨不同生态系统设计策略选择、重建或微生物的扩充联盟有利于他们的主机?有机制微生物大会cross-kingdom相似之处?Scheuring和Yu (2012)提出了一个模型如何有益微生物聚集在/主机。他们认为,大量的初始丰富的有益微生物需要建立一个健康的核心微生物,这可以通过垂直传播,如表皮attine蚂蚁的微生物,或高移民率,如疾病抑制土壤Scheuring和Yu, 2012年)。采用微生物生态理论的研究,结合建模和合成微生物生态系统,是一种很有前途的互补策略来解开主人特征和信号参与大会以及人类和植物微生物的进化,与最终目标来改善农业可持续发展和人类健康。