微生物群落被生物技術供應商廣泛用于制造生物燃料和新食品等過程，或幫助農(nóng)作物更好地生長。要設計出成功的微生物群落，科學家們需要預測微生物是否能共同生活和工作。一種流行的預測規(guī)則認為，如果一對微生物能夠共存，那么它們也會在更大的微生物群落中共存。在一項新的研究中，來自美國耶魯大學的研究人員發(fā)現(xiàn)這一簡單的規(guī)則并不總是有效。相關研究結(jié)果發(fā)表在2023年7月21日的Science期刊上，論文標題為“Emergent coexistence in multispecies microbial communities”。

就像植物和動物一樣，微生物也生活在復雜的生態(tài)群落中，這些群落由許多相互共存的物種組成。微生物群落遍布地球的各個角落，它們在生物技術領域也發(fā)揮著日益重要和極具前景的作用。人們正在設計微生物群落，以便在生物煉制廠中生產(chǎn)生物燃料和其他必需品，創(chuàng)造新的食物，或幫助農(nóng)作物更好地生長。因此，學習如何設計微生物群落以改善它們提供的服務是生物技術的一個主要目標。

對微生物群落進行改造的主要障礙之一是，并非所有微生物都能彼此共存。即使我們成功地設計出一種潛力巨大的微生物群落，其中的許多成員也很可能會滅絕。因此，科學家們正試圖找到預測不同微生物物種之間是否會共存的方法。

一種簡單的規(guī)則

在這項新的研究中，這些作者研究了如何預測復雜微生物群落中細菌的共存情況。他們研究了一個流行的假說：為了使多個物種（比如 A、B 和 C）作為一個群落共存，每一對物種都作為孤立的一對必須彼此共存，比如 A 必須與 B 共存，B 必須與 C 共存，C 必須與 A 共存。這一假說在過去幾年中逐漸流行起來，而且非常誘人，因為如果它是普遍正確的，它將為預測復雜微生物群落中的共存提供一種簡單實用的方法。

為了驗證這一假設，這些作者決定將12個不同的微生物群落分開，其中每個微生物群落包含3到10種共存的物種。然后，他們比較了每一對可能的微生物，發(fā)現(xiàn)與上述假設相反，大多數(shù)微生物對不能共存。換句話說，這種預測共存的簡單規(guī)則并不總是有效，這表明，當涉及到共存時，整體往往大于部分的總和。

新的預測工具

這篇論文強調(diào)預測哪些微生物可以共存這一重要問題尚未解決，因此需要開發(fā)新的預測工具。雖然這可能被視為壞消息，但它實際上是一個巨大的飛躍，因為它確定了在微生物群落中，整體遠遠大于部分的總和。這將幫助我們建立新的模型，最終幫助我們設計新的微生物群落。

從土壤和植物樣品中分離的微生物菌群的組成和多樣性。圖片來自Science, 2023, doi:10.1126/science.adg0727。

耶魯大學工業(yè)微生物學助理教授 Djordje Baji? 說，“我們正試圖理解我們在微生物群落中看到的驚人的多樣性。如此多的物種如何在同一個微生物群落中共存？”

了解微生物如何共存對于更好地了解我們的世界非常重要，因為微生物群落幾乎遍布地球的每一個表面，Baji? 解釋說，“”它們在全球元素循環(huán)中發(fā)揮作用，對于我們自身腸道微生物組的健康也至關重要。這項研究肯定會對我們了解微生物群落和微生物組產(chǎn)生影響。它還將為建立模型和技術以設計微生物組提供信息，并引導現(xiàn)有的微生物組達到許多應用（比如，在健康、廢水處理、生產(chǎn)可持續(xù)生物農(nóng)藥和基于微生物的生物肥料等方面）中的理想狀態(tài)。

你可以把這項新的研究想象成在一個聚會上，你喜歡很多人，但你不喜歡很多人。既定的想法是，你需要喜歡派對上的每一個人，這樣才能玩得開心。當然，情況并非一定如此。你可以對不喜歡的人視而不見，選擇和其他人聊天度過一晚。你甚至可以參與與你不太喜歡的人的討論，只要其他人也參與這些談話，你仍然可以玩得很開心。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

Chang-Yu Chang et al. Emergent coexistence in multispecies microbial communities. Science, 2023, doi:10.1126/science.adg0727.