Microbialecosystemen

Microbialecosystemen verwijzen naar dynamische gemeenschappen van micro-organismen en de abiotische omgeving waarin zij opereren, waarbij structuur, processen en relaties als een onderling verweven systeem functioneren. Tot de betrokken organismen behoren bacteriën en archaea, schimmels en microalgen, protozoa en virussen, evenals organismen die in synthetische of natuurlijke consortia voorkomen. De fysieke factoren die deze systemen bepalen omvatten temperatuur, zuurgraad (pH), zoutgehalte, opgeloste mineralen en de beschikbaarheid van organische en anorganische voedingsstoffen. Binnen deze systemen ontstaan diverse microhabitats, zoals biofilms op oppervlakken en planktonische deeltjes in water, waardoor ruimtelijke heterogeniteit ontstaat.

Interactiepatronen omvatten mutualisme, commensalisme en syntrofie, competitie en predatie, terwijl virussen en andere lytische agentia invloed hebben op de samenstelling en functie van de gemeenschap. In de bodem, rhizosfeer en aquatische omgevingen vormen micro-organismen vaak nauwe relaties met planten en andere organismen, wat processen zoals stikstofbinding, mineralisatie en beschikbaarheid van voedingsstoffen beïnvloedt.

Belangrijkste functies zijn onder meer de omzetting en afbraak van organisch materiaal, de omzetting van energie en koolstof, en biogeochemische cycli zoals koolstof-, stikstof-, zwavel- en fosforcycli. Microbialecosystemen dragen bij aan bodemvruchtbaarheid, waterzuivering, fermentatieve processen en industriële biotechnologie, en spelen een rol in klimaatregulatie via koolstofopslag en methaan- en nitrogeenmodulatie. Ook heeft het een invloed op de gezondheid van mensen en dieren via de darm- en huidmicrobiota.

Voorbeelden van microbialecosystemen zijn de bodemmicrobiota die gewasgroei ondersteunt, mariene en zoetwaterecosystemen, de menselijke darmmicrobiota en de rhizosfeer van planten. Industriële systemen gebruiken soms samengestelde microbiële gemeenschappen voor afvalverwerking of bioproductie.

Onderzoek naar microbialecosystemen maakt gebruik van cultuurafhankelijke en cultuuronafhankelijke benaderingen. Centraal staan metagenomica, metatranscriptomica, metaproteomica en metabolomics; tevens worden stabiele isotopenproeven en beeldvorming toegepast. Data-analyse omvat netwerkanalyse en systeembiologie om functionele relaties te verklaren. Uitdagingen zijn de hoge diversiteit en dynamiek, heterogene en veranderlijke omgevingen, en de interpretatie van grote datasets. Toepassingen omvatten bioremediatie, afvalwaterbehandeling, productie van biobrandstoffen en verbetering van gezondheid via microbiële interventies.