Publiserat: 17.3.2022
Skribent: Guilhem Sommeria-Klein
Bilden: Christian Sardet, Tara Ocean Foundation

 

Mikroorganismerna, eller ”mikroberna”, utgör den ursprungliga livsformen på jorden och finns därför överallt, i stor mångfald. De lever på ytan av större organismer, såsom växter och djur, och spelar en avgörande roll för deras livscykel. Framför allt råder det en större enighet om att den mänskliga hälsan är tätt sammanlänkad med de mikrobiella samhällena som lever på huden och slemhinnorna (i tarmen, munnen, andningsvägarna, vaginan etc.) Sammansättningen hos dessa samhällen, s.k. ”mikrobiota”, har nyligen kopplats till ett stort antal sjukdomar, samt till människornas anpassning till sin diet och omgivningen. Mikroorganismerna används också i stor skala av människan, till exempel för att behandla avloppsvatten och producera fermenterade livsmedel.

Man kan hävda att mikroorganismerna påverkar människans hälsa och välbefinnande ännu mer genom att de medverkar i en stor mängd ”ekosystemtjänster”. De spelar en grundläggande roll i alla ekosystem genom att bryta ner organiskt material och återvinna näringsämnen. På land utgör de en nyckelkomponent för markens bördighet i skogar, gräsmarker och åkrar. I världshaven producerar de hälften av syret i jordens atmosfär och stödjer havens näringsväv och de fiskbestånd den upprätthåller. Slutligen styr mikroorganismernas aktivitet en stor del av de globala, biogeokemiska kretsloppen, inklusive kolcykeln, och är därför nyckeln till utsläpp och lagring av växthusgaser.

 

Modellering av sammansättningen hos mikrobiella samhällen i stora dataset

Mikroorganismer kunde tills helt nyligen endast studeras med hjälp av in vitro-odling, vilket dessutom är möjligt endast för ett litet antal arter och ger begränsad information om naturligt förekommande mikrobiella samhällen. Till följd av detta har de mikrobiella komponenterna i ekosystemen länge varit som gott som okända, trots deras avgörande betydelse för ekosystemens funktion och mänsklig hälsa. Forskningen om mikroorganismer har dock genomgått en revolution under de senaste 20 åren, tack vare utvecklingen av DNA-sekvensering med hög genomströmning, vilket nu gör det möjligt att fastställa sammansättningen hos mikrobiella samhällen i vilket miljöprov som helst. Detta har lett till en ständigt växande dataström om sammansättningen hos mikrobiella samhällen i olika miljöer, inklusive marken, havet och mikrobiota hos olika värdorganismer.

Vår förståelse av mikrobiell ekologi begränsas allt mindre av bristen på data, utan snarare av bristen på modeller för att tolka dessa data. Tillsammans med mina samarbetspartner strävar jag efter att konstruera statistiska modeller för den ekologiska tolkningen av stora mikrobiella dataset. Vi utnyttjar modelleringsprinciper från discipliner som arbetar med analys av stora dataset med liknande struktur, samt från klassisk ekologi eftersom de grundläggande ekologiska processerna som styr samhällen av mikro- och makroorganismer huvudsakligen är desamma. Vi förlitar oss på sannolikhetsmodeller, det vill säga matematiska modeller som förutspår den sannolika fördelningen av resultat istället för deterministiska resultat. Jämfört med populära metoder som utnyttjar maskininlärning kan man med hjälp av dessa modeller explicit redogöra för ekologiska processer genom att dra statistiska slutsatser från data.

Vi tillämpar de utvecklade modellerna på stora dataset som beskriver sammansättningen hos mikrobiota i människans tarm och havsplankton. Vårt mål är att förstå strukturen, den ekologiska rollen och dynamiken hos mikrobiella samhällen i dessa ekosystem, samt fastställa drivkrafterna bakom deras sammansättning på olika spatiala och temporala skalor. Genom att studera ekosystem som till synes är väldigt olika, försöker vi ge ett enhetligt perspektiv på mikrobiell ekologi, med viktiga implikationer för samhällsfrågor av olika slag, såsom människans hälsa, den marina näringskedjan och den globala kolcykeln.

 

 

 

Guilhem Sommeria-Klein är postdoktoral forskare vid institutionen för datateknik vid Åbo universitet. Efter en magisterexamen i fysik erhöll han sin doktorsexamen i ekologi 2017 från universitetet i Toulouse i Frankrike. Doktorsavhandlingen fokuserade på hur man sammankopplar teoretiska ekologiska modeller och stora dataset av miljö-DNA, med tillämpning på markens biologiska mångfald i tropiska skogar. Därefter studerade han globala mekanismer för eukaryota planktons biogeografi som postdoktoral forskare vid École Normale Supérieure i Paris i Frankrike.

 

 

 

 

Läs mer:

https://www.utu.fi/en/news/press-release/mapping-eukaryotic-plankton-globally-in-all-their-diversity