ISME-symposia zijn meestal zeer groot met gemiddeld zo'n 1750 internationale wetenschappers die de conferentie bijwonen, parallelle sessies en een grote verscheidenheid van onderwerpen. Op ISME18 zijn gedurende 5 dagen meer dan 30 sessies georganiseerd met gemiddeld 10 presentaties per sessie. Een keuze maken welke sessie te bezoeken was niet altijd eenvoudig.
De keynote sessies
Ken Takai presenteerde de resultaten van meer dan 20 jaar diepzee- en zeebodem onderzoek met veel spannende bevindingen. In dit milieu is de chemische energie de belangrijkste drijvende kracht van leven. De nieuwe inzichten suggereren, dat micro-organismen hun energie, naast de chemolithotropie (oxidatie van anorganische verbindingen), ook direct kunnen halen uit elektronen via elektrotrofie en elektrosynthese wat een nieuwe licht brengt op de oorsprong van leven op aarde.
Thijs Ettema en Laura Eme presenteerden de nieuwste inzichten over de evolutie van prokaryoten en eukaryoten. Dit ging met name over de betekenis van de recente ontdekking van Asgard, een nieuwe microbiële lijn van Archaea, in de evolutie van complexe eukaryotische cellen.
Dianne Newman bouwde haar presentatie op rond een bijzonder Grieks woord “agathokakological” wat betekent: gemaakt van zowel goed als kwaad. De functie van de microbiële redox-actieve metabolieten (pigmenten) wordt bepaald door de context. Afhankelijk van de omstandigheden kunnen dezelfde verbindingen zowel dienen als toxine of als levenslijn voor de cellen die ze produceren. Daarom is het zeer belangrijk om microbiële populaties te bestuderen onder milieurelevante omstandigheden en op microschaal.
Een van de grote uitdagingen in de wetenschap naar het microbioom is het koppelen van de microbiële fysiologie aan de processen op ecosysteemschaal. Kelly Wrighton, winnares van Young Investigator Award, presenteerde hoe het metabolisme van methylamine in het menselijke microbioom van de darm inzicht geeft in de relatie tussen de consumptie van eiwitten en aderverkalking. Vervolgens werd de rol van dezelfde metabolische cyclus bediscussieerd in relatie tot de fixatie van methaan in een geheel andere omgeving nl. schaliegesteente, moerassen en bodems.
Evolutie van microbiële gemeenschappen:
In de sessie over de evolutie van microbiële gemeenschappen werd in verschillende presentaties bediscussieerd op welke manier de ontwikkeling van een gemeenschap het beste kan worden begrepen en voorspeld.
De evolutie van een hele microbiële gemeenschap kan niet worden voorspeld op basis van de geïsoleerde evolutie van de verschillende soorten uit die gemeenschap. Dit is een aanwijzing dat de evolutie van interacties tussen de soorten bepalend zijn voor de evolutie van een gemeenschap. Dit betekent dat het bestuderen van eigenschappen van individuen uit een gemeenschap geen informatie kan geven over de dynamiek, gedrag en functionaliteit van die gemeenschap. In plaats daarvan is het van belang te focussen op de interacties tussen individuen en subpopulaties.
Daarnaast is het “ecologisch geheugen” een belangrijke factor in de dynamiek en ontwikkeling van microbiële gemeenschappen. Ecologisch geheugen (EM) wordt gedefinieerd als het vermogen van de vroegere toestanden of ervaringen van een gemeenschap om de huidige of toekomstige ecologische reacties van de gemeenschap te beïnvloeden. Dit betekent dat een populatie op verschillende manieren kan reageren op een event; voor het eerst en daarna.
Virussen
Het wordt steeds duidelijker dat virussen een sleutelrol hebben in het ecosysteem van de zee en de bodem. Ze beïnvloeden en bepalen de omzetting van koolstof en nutriënten door de predatie van bacteriën en zijn daarbij als predatoren zeer specifiek.
Bacteriën daarentegen hebben verschillende strategieën om een virale infectie te vermijden: modificatie van receptoren op de celwand en verschillende intracellulaire mechanismen wanneer een virus eenmaal binnen is. Deze strategieën worden gedeeld (mobile genetic elements) binnen een gemeenschap.
In grond is de dynamiek van een viruspopulatie ook vrij intensief. De virusactiviteit wordt bijvoorbeeld hoger bij een hogere grondvochtigheid en bij regen veroorzaakt dit een bloei van virussen. Merkwaardig is wel, dat de veranderingen in een viruspopulatie niet altijd gepaard gaan met de veranderingen in de bacteriële populatie (beoordeeld a.d.h.v. DNA). Dit betekent, dat virussen voornamelijk in interactie zijn met actieve bacteriën en dat ze door lysis zorgen voor het vrijmaken van nutriënten.
De telling van bacteriën en virussen en het sequensen is niet voldoende om het mechanisme van virale predatie op bacteriën te begrijpen. Daarvoor is het verder verbeteren van de resolutie van sequensen en het werken met levende bacteriën en infectieuze virussen nodig.
Om een enkele cel te kunnen bestuderen zijn een aantal technieken beschikbaar zoals: droplet microfluidic voor enkele cel genoom analyse (SAG-gel – single cel amplified genome in gel) en Raman microspectroscopie voor metabolomics. Data-analyse is ook een zeer belangrijk onderdeel van de moleculaire technieken. Daarvoor zijn een aantal platformen online beschikbaar voor big-data analyse.
Darm microbioom
Het sequensen van een 16S marker heeft onvoldoende resolutie voor bestuderen van darm microbioom, omdat deze marker alleen tot op soortniveau informatie kan leveren. Infecties in darmen vinden juist plaats op stamniveau. Zeer interessante bevinding is dat bij volwassenen ongeveer een keer per maand de dominante E.coli stam wordt vervangen voor een nieuwe stam. Waarom, is nog niet duidelijk. Daarbij hebben eters met een vezelrijk dieet in hun darmflora een hogere microbiële diversiteit dan vleeseters.
Gezonde- en ongezonde darmflora: een ongezonde darmflora wordt gekarakteriseerd door competitieve interacties tussen verschillende bacteriën, terwijl gezonde darmflora wordt gestabiliseerd met positieve interacties die geïnitieerd worden door zetmeel degraderende bacteriën.
Microbiële ecologie in aquatische systemen
Temperatuur en verblijftijden zijn de belangrijkste drijvende krachten van de microbiële diversiteit in rivieren. Daarbij speelt de seizoenvariatie in nutriënten eveneens een rol (geleidbaarheid en fosfaat etc.). Aan de hand van de metatranscriptomics kunnen de effecten in de variatie van organisch materiaal beter in beeld worden gebracht.
Het microbioom van een rivier wordt vaak gecontroleerd met fysische factoren, terwijl de ecologische functie met name wordt bepaald door de chemische- en biologische omstandigheden.
In een 20 jaar durende studie van Meer Mendota (USA) is aangetoond, hoe invasies van macro-organismen zoals: zebra mossels en watervlooien een shift veroorzaken in de samenstelling en functie van een microbiële gemeenschap.
In een Canadese metagenomische studie in 308 verschillende meren werden meer dan 1000 metagenome-assembled genomes (MAGs) gedetecteerd. In de onderzochte meren werd een grote verscheidenheid in samenstelling gevonden. Fysicochemische factoren, maar ook de samenstelling van koolhydraten blijkt een belangrijke factor. Daarnaast is het effect van humane activiteit ook meetbaar in de samenstelling van de microbiële gemeenschap, vooral door xenobiotische degradatie.
Microbiële ecologie van vandaag gebruikt vooral moleculaire onderzoekstechnieken, maar veel onderzoekers benadrukken dat we moeten blijven werken aan de isolatie van nog niet geïsoleerde organismen. Een onderzoeksgroep uit Tsjechië heeft, in combinatie met flowcytometrie en dilution-to-extinction methode, een werkflow ontwikkeld, waarmee bijna 40 % van nog niet eerder beschreven bacterie soorten uit een meer zijn geïsoleerd.
Een Zweedse studie bestudeerde de microbiële gemeenschappen van een meer met de omringende grond en het effect van uitspoeling van organisch materiaal en grondbacteriën tijdens neerslag events. Bacteriële gemeenschappen van grond en water zijn gekenmerkt door specialisten-soorten die specifiek zijn voor elk milieu. Daarnaast delen deze twee milieus dezelfde generalist-soorten. Tijdens de neerslag events, en de daarbij horende uitspoeling, werden in het water meer generalisten aangetroffen, maar ook specialisten uit grond. Deze wetenschap kan mogelijk toegepast worden in de drinkwaterpraktijk. Bijvoorbeeld bij een verontreiniging van water door kortsluitstromingen in de duinen of bij leidingbreuken in distributienet.
Het Waterlaboratorium presenteerde een poster over een onderzoek met online flow cytometrie, dat is uitgevoerd in de winningen van Dunea en PWN. In onze studie is aangetoond dat de temperatuur, neerslag, grondwaterstand en het debiet een belangrijk effect hebben op de microbiële populatie in gewonnen water. In een winning met meer dan 3 m onverzadigde zone was de microbiële populatie zeer stabiel. Terwijl in de winningen met een kleinere onverzadigde zone de regen en het debiet een duidelijk effect hadden op zowel het aantal bacteriën alsook de diversiteit daarvan. Met een diepere analyse van de flow cytometrische data, de flow cytometrische fingerprint uitgevoerd door Kytos, is ook een relatie gevonden tussen de flow cytometrische data en fecale indicatoren.