Kanatlı mikrobiyomunun temel metagenomik fonksiyonları

Kanatlı mikrobiyomunun temel metagenomik fonksiyonları(*)

Dr. Kaya DEMİRÖZÜ
Kanatlı Sağlığı ve Hastalıkları Uzmanı

Mikrobiyom oldukça kafa karıştırıcı görünüyor. Bu, literatürde ve endüstride şu anda yaygın olan 16’lı yılların sıralaması raporları gibi mikrobiyal bir profili inceleyen bir kimse için haber değil. Bununla birlikte, tüm önemli metagenoma bakmak, onu kesinlikle daha basit hale getirir.

Mikrobiyal profiller taksonomik bileşimi karakterize eder. Yani, bağırsakta bulunan çeşitli mikroorganizmaların türlerini ve miktarlarını bize söy lerler. Bir şeyi son derece açık hale getiriyorlar: Sağlıklı ve aynı koşullar altında büyümüş olsalar dahi, bağırsak bileşimi, hayvandan hayvana şaşılacak derecede bariz farklılık gösterir. Bu şaşırtıcı olmamalı. Bir civciv kuluçkadan çıkınca, bağırsaklarında yerleşen mikroorganizmalar doğal bir seçime maruz kalır. Şu soru akla gelelebilir: Mikrobiyal kompozisyon kadar değişken bir şey, tutarlılığın her şey olduğu bir endüstriye nasıl hizmet edebilir?

Mikrobiyomdaki sağlamlığın ve tutarlılığın kilidini açmanın anahtarı mikrobiyal profilleme değildir. Metagenoma (mikrobiyotadaki tüm genlerin bir araya gedtirilmesi) daha derinlemesine bakmalıdır. İlk tepki, bunun mikrobiyal profillerden daha karmaşık görünmesi olabilir. Hayır, kesinlikle daha basit ve daha güvenli.

Basitçe ifade etmek gerekirse, metagenomun analizi, mikrobiyomun bir birim olarak uyum içinde çalıştığında gerçekleştirebileceği işlevleri anlamak için kullanılabilir. Bir benzetme yardımcı olur: Mikrobiyomu bir orkestra gibi düşünüldüğünde, mikrobiyota müzisyenlerdir, metagenom ise çalı nanı müziktir.

Bir hata yığınından daha fazlası

Son zamanlarda bağırsak mikrobiyomunu bir hata koleksiyonu yerine bir birim olarak yeniden düşünmenin yararlı olacağı kanaatine varılmış tır. Şekil 1 bu düşünceyi göstermektedir. Mikroorganizma kimliklerine odaklanmak yerine, içlerindeki  biyokimyasal metabolitlerine ele alınmaktadır. 

Şekil 1’deki daireler bu metabolitleri temsil ederken, çizgiler onları gerçekleştiren kimyasal reaksiyonları (mikrobiyal genler) gösterir. Bağırsak mikrobiyomu, kendi yollarıyla sindirilmemiş yemi binlerce metabolite dönüştürür. Birçoğu hayvan için besindir; diğerleri dışkı ile atılır, veya atmosfere salınır. Bazı bağırsak metabolitleri, yangı, bağışıklık, Adale gelişimi, renk, tat ve hatta stres, aktivite seviyesi ve iştah gibi potansiyel olarak davranışsal faktörler gibi sistemik konakçı fonksiyonlarını düzenleyen güçlü biyomoleküllerdir.

Şekil 1: Mikrobiyomun metagenomik fonksiyonları, sindirilmemiş yemi, konakçı biyolojisini etkilemek için emilen veya dışarı atılan binlerce aktif metabolitine dönüştürür.

Ana metagenomik yollar

Hayvan biyolojisinde glikolisis ve TCA (tricarboxylic acid ) döngüsü gibi belirli metabolik fonksiyonların farklı türler arasında yüksek oranda korunduğunu bilinmektedir. Bu korunmuş yollar, büyüme ve homeostaz gibi temel biyolojik işlevler için vazgeçilmezdir. Metagenomik üzerinde çalışmalar şunu gösteriyor ki; aynı ilkeler mikroorganizmalar için de geçerlidir.

Genellikle, belirli bir metaboliti üreten genler, birçok farklı mikropta gereksizdir. Bu fazlalık, tutarlılığın reçetesidir: 2 mikrobiyom, çok farklı mikrobiyal profillere sahip olsalar bile işlevsel olarak eşdeğer olabilir. Bu durumu şöyle bir örnekle açıklamak gerekirse; orkestra içinde ve dışında çeşitli müzisyenleri değiştirebilirsiniz, ancak topluluk yine de aynı müziği çalabilir.

Tam genom dizileme ile ilgili çalışmada, mikrobiyomun birçok metabolik işlevinin şaşılacak derecede farklı mikrobiyal profillere sahip kanatlılar arasında korunduğunu defalarca gözlemiştir. bu ana mikrobiyom yolları, karbonhidrat, lipid, amino asit ve nükleotid metabolizması gibi merkezi karbon ve nitrojen kullanımını içerme eğilimindedir. Kısa zincirli yağ asidi (KZYA) üretimi gibi mikrobiyal karbon metabolizmasının kesin yönleri on yıllardır kabul edilmektedir. Propiyonat, ek metabolik enerji yaratmak için konakçı glukoneogeneis ile yükseltilir. Bütirat, diğer birçok rolün yanı sıra bağırsak epitelini doğrudan besler. KZYA ‘lar, bağışıklık sinyali verme ve pankreas hormonu düzenleme ağı gibi konak düzenleyici işlevlerle interfaz oluşturabilir.

Yeni eylem tarzı

Kümes hayvanları bilimi uzun zamandır mikrobiyotayı bağırsak sağlığı ürünleriyle hedeflemiştir: probiyotikler,, esansiyel yağlar, organik asitler, prebiyotikler bunlardan birkaçıdır. Bu ürünlerin avantajları vardır, ancak hepsinde önemli bir zayıflıksöz konusudur. Etki biçimleri temelde mikrobiyal taksonomiye dayalıdır ve onları mikrobiyal bileşimin doğal değişkenliğine bağlar. Prebiyotikler ve / veya lif sindiren enzimler, mikrobiyotaya ek fermente edilebilir karbon sağlar.

Benzetmemize dönecek olursak: Harika müzisyenler kiralayabilir, onlara güzel bir mekan verebilir ve hatta sağlıklı bir öğle yemeği yenebilir. Ancak bir şef olmadan müziğin kalitesi ve tutarlılığı önemli ölçüde söz edilemez 

Eylem tarzı için yeni bir sistem

Aynısı mikrobiyom için de geçerlidir. Tutarlılık istiyorsak, işlevi yönlendirmek için bir iletken sağlamalıyız ve modern mikrobiyom bilimi bunun nasıl olduğunu göstermewktedir. Hedeflenen yollar için mikrobiyal gen ekspresyonunu etkileme veya mikrobiyal enzim yollarını aktive etme / devre dışı bırakma potansiyeli vardır. Bu mikrobiyom metabolik geçiş fikri, aynı zamanda basit ve eylem tarzı için radikal olarak yeni bir sistemdir (Şekil 2).

Şekil 2: Yetiştiriciler için tutarlı faydalar elde etmek için ana mikrobiyom yollarını modüle etmeye yönelik yeni eylem modu sistemi.

(*): Dr J.M. Geremia, and Dr Maria Walsh, Core metagenomic functions of the poultry microbiome. (Çeviri)