Science：新研究挑战现有的预测微生物群落中不同物种共存的工具

微生物群落被生物技术供应商广泛用于制造生物燃料和新食品等过程，或帮助农作物更好地生长。要设计出成功的微生物群落，科学家们需要预测微生物是否能共同生活和工作。一种流行的预测规则认为，如果一对微生物能够共存，那么它们也会在更大的微生物群落中共存。在一项新的研究中，来自美国耶鲁大学的研究人员发现这一简单的规则并不总是有效。相关研究结果发表在2023年7月21日的Science期刊上，论文标题为“Emergent coexistence in multispecies microbial communities”。

就像植物和动物一样，微生物也生活在复杂的生态群落中，这些群落由许多相互共存的物种组成。微生物群落遍布地球的各个角落，它们在生物技术领域也发挥着日益重要和极具前景的作用。人们正在设计微生物群落，以便在生物炼制厂中生产生物燃料和其他必需品，创造新的食物，或帮助农作物更好地生长。因此，学习如何设计微生物群落以改善它们提供的服务是生物技术的一个主要目标。

对微生物群落进行改造的主要障碍之一是，并非所有微生物都能彼此共存。即使我们成功地设计出一种潜力巨大的微生物群落，其中的许多成员也很可能会灭绝。因此，科学家们正试图找到预测不同微生物物种之间是否会共存的方法。

一种简单的规则

在这项新的研究中，这些作者研究了如何预测复杂微生物群落中细菌的共存情况。他们研究了一个流行的假说：为了使多个物种（比如 A、B 和 C）作为一个群落共存，每一对物种都作为孤立的一对必须彼此共存，比如 A 必须与 B 共存，B 必须与 C 共存，C 必须与 A 共存。这一假说在过去几年中逐渐流行起来，而且非常诱人，因为如果它是普遍正确的，它将为预测复杂微生物群落中的共存提供一种简单实用的方法。

为了验证这一假设，这些作者决定将12个不同的微生物群落分开，其中每个微生物群落包含3到10种共存的物种。然后，他们比较了每一对可能的微生物，发现与上述假设相反，大多数微生物对不能共存。换句话说，这种预测共存的简单规则并不总是有效，这表明，当涉及到共存时，整体往往大于部分的总和。

新的预测工具

这篇论文强调预测哪些微生物可以共存这一重要问题尚未解决，因此需要开发新的预测工具。虽然这可能被视为坏消息，但它实际上是一个巨大的飞跃，因为它确定了在微生物群落中，整体远远大于部分的总和。这将帮助我们建立新的模型，最终帮助我们设计新的微生物群落。

从土壤和植物样品中分离的微生物菌群的组成和多样性。图片来自Science, 2023, doi:10.1126/science.adg0727。

耶鲁大学工业微生物学助理教授 Djordje Bajić 说，“我们正试图理解我们在微生物群落中看到的惊人的多样性。如此多的物种如何在同一个微生物群落中共存？”

了解微生物如何共存对于更好地了解我们的世界非常重要，因为微生物群落几乎遍布地球的每一个表面，Bajić 解释说，“”它们在全球元素循环中发挥作用，对于我们自身肠道微生物组的健康也至关重要。这项研究肯定会对我们了解微生物群落和微生物组产生影响。它还将为建立模型和技术以设计微生物组提供信息，并引导现有的微生物组达到许多应用（比如，在健康、废水处理、生产可持续生物农药和基于微生物的生物肥料等方面）中的理想状态。

你可以把这项新的研究想象成在一个聚会上，你喜欢很多人，但你不喜欢很多人。既定的想法是，你需要喜欢派对上的每一个人，这样才能玩得开心。当然，情况并非一定如此。你可以对不喜欢的人视而不见，选择和其他人聊天度过一晚。你甚至可以参与与你不太喜欢的人的讨论，只要其他人也参与这些谈话，你仍然可以玩得很开心。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

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