Suy nghĩ về thực vật và động vật - bao gồm cả con người - với tư cách là những cá thể độc lập có thể là một sự đơn giản hóa, theo tư duy hiện đại trong vi sinh học.
Cây sự sống được tạo ra với nền văn hóa vi khuẩn. Tín dụng hình ảnh: Robert Brucker / Đại học Harvard
Nghiên cứu vi sinh học gần đây cho thấy rằng những gì chúng ta đã nghĩ là các cá nhân thay vào đó là các mạng phân tử sinh học, có thể bao gồm các vật chủ hữu hình cộng với hàng triệu vi khuẩn vô hình. Những vi khuẩn này có ảnh hưởng đáng kể đến cách vật chủ phát triển, các bệnh mà nó mắc phải, cách chúng cư xử và thậm chí có thể tương tác xã hội của nó. Đó là một bài báo của các nhà khoa học từ Đại học Vanderbilt và Đại học Michigan trong phiên bản ngày 18 tháng 8 của Sinh học PLOS.
Seth Bordenstein là phó giáo sư khoa học sinh học tại Đại học Vanderbilt. Anh nói:
Nó có một trường hợp của toàn bộ thực thể lớn hơn tổng của các bộ phận của nó.
Trong trường hợp này, các bộ phận là vật chủ và bộ gen của nó cộng với hàng ngàn loài vi khuẩn khác nhau sống trong hoặc trên vật chủ, cùng với tất cả các bộ gen của chúng, được gọi chung là hệ vi sinh vật.
Các nhà nghiên cứu cho biết vật chủ giống như phần nổi của tảng băng trôi, các nhà nghiên cứu cho biết, trong khi vi khuẩn giống như một phần của tảng băng chìm dưới nước. Chín trong số 10 tế bào trong cơ thể thực vật và động vật là vi khuẩn. Nhưng các tế bào vi khuẩn nhỏ hơn nhiều so với tế bào chủ mà chúng thường không được chú ý.
Các nhà vi trùng học đã đặt ra các thuật ngữ mới cho các thực thể tập thể này - holobiont - và cho bộ gen của họ - hologenome. Bordenstein nói:
Những thuật ngữ này là cần thiết để xác định tập hợp các sinh vật tạo nên cái gọi là cá thể.
Các tác giả nói rằng các lực lượng tiến hóa như chọn lọc tự nhiên và trôi dạt có thể tác động lên hình ba chiều không chỉ trên bộ gen. Vì vậy, các đột biến trong microbiome ảnh hưởng đến thể lực của holobiont cũng quan trọng như đột biến trong bộ gen của chủ nhà. Tuy nhiên, họ cho rằng điều này không thay đổi các quy tắc tiến hóa cơ bản mà chỉ đơn giản là nâng cấp các loại đơn vị sinh học mà các quy tắc có thể hành động.
Mặc dù nó không thay đổi các quy tắc tiến hóa cơ bản, các holobiont có cách đối phó với các thách thức môi trường không có sẵn cho từng sinh vật: Chúng có thể thay đổi thành phần của cộng đồng vi khuẩn. Ví dụ, nếu holobiont bị tấn công bởi mầm bệnh mà vật chủ không thể chống lại, một loại cộng sinh khác có thể hoàn thành công việc bằng cách sản xuất một loại độc tố có thể tiêu diệt kẻ xâm lược. Trong ánh sáng này, các vi khuẩn cũng là một phần của hệ thống miễn dịch holobiont như chính các gen miễn dịch của vật chủ.
Theo Bordenstein, những ý tưởng này đang được chấp nhận trong cộng đồng vi sinh. Tuy nhiên, việc áp dụng những ý tưởng này đã chậm hơn trong các lĩnh vực khác. Anh nói:
Hiện nay, lĩnh vực sinh học đã đạt đến một điểm uốn. Các silo của vi sinh, động vật học và thực vật học đang bị phá vỡ và chúng tôi hy vọng rằng khuôn khổ này sẽ giúp thống nhất hơn nữa các lĩnh vực này.
Phương pháp tiếp cận toàn diện mạnh mẽ này sẽ không chỉ ảnh hưởng đến các ngành khoa học sinh học cơ bản, Bordenstein nói, mà còn có khả năng ảnh hưởng đến việc thực hành y học cá nhân hóa.
Lấy vấn đề di truyền bị thiếu, ví dụ. Mặc dù các nghiên cứu trên toàn bộ bộ gen đã cung cấp những hiểu biết có giá trị về cơ sở di truyền của một số bệnh đơn giản, họ chỉ tìm thấy một phần nhỏ nguyên nhân di truyền của một số bệnh phức tạp hơn như bệnh tự miễn và chuyển hóa. Một phần có thể là những người thiếu sót vì các yếu tố di truyền gây ra chúng nằm trong hệ vi sinh vật, Bordenstein chỉ ra. Anh nói:
Thay vì quá mầm bệnh, chúng ta cần phải chấp nhận thực tế rằng chúng ta đang sống và hưởng lợi từ một thế giới vi sinh vật. Chúng ta là môi trường cho vi khuẩn cũng như vi khuẩn đối với chúng ta.
Tóm lại: Theo một bài báo ngày 18 tháng 8 năm 2015 trên tạp chí ngày 18 tháng 8 Sinh học PLOS, nghiên cứu vi sinh gần đây cho thấy rằng suy nghĩ về thực vật và động vật, bao gồm cả con người, vì các cá nhân tự trị có thể là một sự đơn giản hóa quá mức.