مایکوبایوم: جامعه قارچها در ما و اطراف ما
مایکوبایوم (mycobiome)، که با نامهای مایکوبیوتا (mycobiota) یا میکروبیوم قارچی نیز شناخته میشود، به کل جامعه قارچهایی گفته میشود که در درون و بر روی یک موجود زنده ساکن هستند.
واژه "مایکوبایوم" از دو بخش یونانی تشکیل شده است: "میکِس" (μύκης) به معنای "قارچ" و "بایوم" (βίος) به معنای "زندگی". این اصطلاح برای اولین بار در مقالهای در سال ۲۰۰۹ توسط گیلوت و همکارانش ابداع شد.
نقش قارچها در طبیعت
بیشتر گونههای قارچ، تجزیهکننده هستند و توانایی تجزیه پلیمرهای پیچیده را دارند. قارچها اغلب به دو صورت در گیاهان یافت میشوند:
- همزیستی درونرست (Endophytic): قارچ در داخل سلولهای گیاهی زندگی میکند.
- عامل بیماریزا (Pathogen): قارچ باعث بیماری گیاه میشود.
بسیاری از گیاهان نیز با قارچها روابط همزیستی سودمند (Mutualistic) برقرار میکنند که باعث تسریع جذب مواد مغذی از طریق ساختارهای ریشهای آنها میشود. رایجترین شاخههای قارچی که در جوامع قارچی همراه با جانوران و در محیطهای آبی یافت میشوند، آسکومایکوتا (Ascomycota) و بازیدیومایکوتا (Basidiomycota) هستند. جانوران معمولاً با قارچها رابطه همسفرگی (Commensal) دارند، هرچند گاهی اوقات تعاملات بیماریزا نیز رخ میدهد.
تعامل با سایر میکروبها
قارچها در کنار طیف وسیعی از میکروبهای دیگر در روابط همزیستی با موجودات چندسلولی نقش دارند. در پستانداران، فلور روده معمولاً شامل جمعیتهای بسیار متنوعی از میکروبها از بسیاری از فرمانروها است، اما جمعیت قارچها کمتر از ۱٪ از کل بایوم روده را تشکیل میدهد. با توجه به همزیستی جمعیتهای قارچی با سایر میکروبها در اکثر موارد، ارزیابی پویاییهای رایج که ممکن است رخ دهد، اهمیت دارد.
بیشتر تعاملات بین میکروبها در روده، رقابتی یا همکاریجویانه است. این موضوع در مورد میکروبهای قارچی نیز با مشاهده جمعیتها در طول درمان با آنتیبیوتیکها و ضدقارچها قابل مشاهده است. تحقیقات بر روی جمعیتهای میکروبی در مدلهای حیوانی منجر به نوسانات قابل توجهی در جمعیت میکروبها شده است. درمان با آنتیبیوتیک عمدتاً افزایش حضور قارچهای انگلی را نشان داده است که نشاندهنده رفتارهای رقابتی بین میکروبها و قارچها است. علاوه بر این، استفاده از مولکولهای ضدقارچ منجر به کولیت در موشها شده است، که نشان میدهد قارچهای همسفرگی مسئول متعادل کردن جمعیت باکتریهایی هستند که در دیسبیوز (dysbiosis) نقش دارند. با وجود دانش محدود در مورد مایکوبایوم روده، این تحقیقات نشان میدهد که تعاملات بین میکروبهای قارچی و باکتریایی در روده پستانداران عمدتاً رقابتی است.
همزیستی قارچها در طبیعت
گلسنگها (Lichen)
گلسنگها نمونهای از رابطه همزیستی بین طیف وسیعی از قارچها و میکروبهای فتوسنتزکننده (جلبکهای سبز یا سیانوباکتریها) هستند. همزیستی اصلی شامل دریافت انرژی توسط قارچ از میکروب فتوسنتزکننده و در مقابل، فراهم کردن ساختار حمایتی توسط ریسههای قارچی (hyphae) است. این تعاملات به طور کلاسیک سودمند در نظر گرفته میشوند، اما این سوال مطرح شده است که آیا قارچها ممکن است نقش انگلی کنترلشدهای نیز ایفا کنند.
گیاهان
گیاهان نیز روابط همزیستی سودمند با جوامع قارچی دارند که در لایه غنی از میکروب خاک به نام ریزوسفر (rhizosphere) یافت میشوند. قارچها میتوانند به صورت عمودی به گیاهان والد منتقل شوند یا از طریق انتشار قارچی در خاک به صورت افقی منتقل گردند. رایجترین موارد همزیستی قارچ و گیاه زمانی رخ میدهد که جوامع قارچی ساختار ریشه گیاه را مستعمره میکنند. مواردی از همزیستی وجود دارد که قبل از بلوغ آغاز میشود، مانند خانواده ارکیدهسانان (Orchidaceae)، که در آن همزیستی در مرحله جوانهزنی بذر شروع میشود. قارچهای میکوریزای آربوسکولار (Arbuscular mycorrhizal fungi) مواد مغذی معدنی ضروری (به شکل مواد معدنی) را برای ۸۰٪ از گونههای گیاهی زمینی فراهم میکنند. در مقابل، گیاه کربن جذب شده توسط گیاه را که به راحتی قابل متابولیزه شدن و استفاده برای انرژی است، به قارچ میدهد.
تکامل همزیستی
توالییابی DNA و سوابق فسیلی شواهدی ارائه کردهاند که این رابطه سودمند بین قارچها و گیاهان بسیار باستانی است. حتی پیشنهاد شده است که زیرگونههای مختلف قارچ نقشهای مهمی در شکلدهی سیستم ایمنی گیاهان در مراحل اولیه تکاملی استقرار گیاهان بر روی خشکی ایفا کردهاند. خوشههای ژنی خاصی در ژنوم گیاه که برای ویژگیهای ضدقارچی مانند تولید ایزوفلاونوئیدها در خانواده گیاهی حبوبات (Fabaceae) کدگذاری میکنند، سمی هستند و برای تنظیم رشد حضور مورد انتظار قارچ استفاده میشوند. در یک پاسخ همتکاملی، جوامع قارچی آربوسکولار به سرعت تکثیر شده و از نظر تکاملی برای توسعه خوشههای ژنی خاص برای سمزدایی و متابولیزه کردن طیف وسیعی از مواد شیمیایی ضدقارچ آلی انتخاب شدهاند. این تبادل فشارهای تکاملی، سیستمهای ایمنی بهتری را به انواع گونههای گیاهی بخشیده و همزمان منابع جدید انرژی گیاهی را در سطح ژنومی به جوامع قارچی سودمند داده است.
حشرات
تعاملات بین قارچها و حشرات بسیار رایج است و بیشتر این روابط همسفرگی یا بیماریزا هستند.
همسفرگی
روابط همسفرگی معمولاً با کمک به حشرات در هضم مواد سخت مانند چوب، به آنها سود میرساند. به عنوان مثال، روده سوسکهای پاسالید (passalid beetle) که چوب میخورند، مملو از باکتریها، مخمرها و سایر موجودات یوکاریوتی است که به هضم و جذب مواد مغذی کمک میکنند. بدون کمک مخمرها برای تجزیه زایلوز (xylose) از سلولهای گیاهی، این سوسکها قادر به هضم مؤثر این ماده سخت نخواهند بود.
بیماریزایی
قارچهای بیماریزای حشرات به آرامی میزبان خود را میکشند و به سرعت در داخل حشره آلوده تکثیر میشوند. آنها معمولاً به عنوان هاگ (spore) به سطح خارجی حشره متصل شده، قبل از جوانهزنی، کوتیکول را سوراخ کرده و حفره داخلی را مستعمره میکنند. حشره معمولاً کشته شده و هاگهای جدید از ساختارهای تولیدمثلی در بدن حشره پراکنده میشوند.
یکی از نمونههای برجسته قارچ بیماریزای حشرات، Ophiocordyceps unilateralis است که به "قارچ مورچه زامبی" معروف است. این قارچ مورچهها را آلوده کرده و الگوهای رفتاری طبیعی آنها را تغییر میدهد، باعث میشود مورچه محیط معمول خود در درختان را ترک کرده و به سمت کف جنگل حرکت کند – محیطی مناسبتر برای رشد قارچ. سپس حشرات خود را به زیر یک برگ میچسبانند تا زمانی که بمیرند. هاگهای قارچی از سر مورچه مرده بیرون زده و پراکنده میشوند.
یکی از اولین توصیفات قارچهای بیماریزای حشرات در سال ۱۸۳۵، در طول یک شیوع Beauveria bassiana در جمعیت کرم ابریشم منتشر شد که صنعت ابریشم را مختل کرد.
انسانها
فراوانی قارچهای مرتبط با بیشتر نواحی بدن انسان، مانند دستگاه گوارش، کم است و قارچها معمولاً تنها ۰.۰۰۱ تا ۰.۱ درصد از جامعه میکروبی را تشکیل میدهند. با این حال، قارچها در برخی مکانها، مانند مجرای گوش، بخش قابل توجهی از میکروبیوم را تشکیل میدهند.
مایکوبایوم برای فیزیولوژی انسان مرتبط است زیرا قارچها ممکن است در حفظ ساختار جامعه میکروبی، عملکرد متابولیکی و آمادهسازی سیستم ایمنی مهم باشند. همزیستی بین انسان و قارچ هنوز به خوبی درک نشده است و چیزهای زیادی باید در مورد چگونگی تعامل قارچها با اجزای غیرقارچی میکروبیوم آموخته شود.
بسیاری از بیماریهای انسانی، از جمله هپاتیت، فیبروز کیستیک، چاقی و بیماری التهابی روده، با تغییرات در مایکوبایوم انسانی مرتبط بودهاند و این فرضیه مطرح شده است که هرگونه کلونیسازی قارچی در دستگاه گوارش نشانه بیماری است. علاوه بر این، تشخیص مایکوبایومهای مرتبط با تومور ممکن است راهی نوین برای غربالگری سرطان باشد – میتواند در کنار سایر نشانگرهای زیستی مانند باکتریومها (bacteriomes) استفاده شود.
تعاملات قارچی در میزبان انسانی میتواند فرصتطلبانه، سودمند، انگلی، همسفرگی و آمنسال (amensalistic) باشد. اگرچه تعداد کمی از قارچها به دلیل ایجاد بیماری در افراد سالم، عوامل بیماریزای واقعی محسوب میشوند، اما اکثریت قارچها فرصتطلب در نظر گرفته میشوند و تنها میزبانهای با سیستم ایمنی ضعیف را تحت تأثیر قرار میدهند. در این موارد، آسیب ناشی از عامل بیماریزا به میزبان بستگی دارد؛ بیماری تنها در صورتی رخ میدهد که میزبان دارای سیستم ایمنی بیشفعال یا ضعیف باشد. روابط همسفرگی بین میزبان انسانی و عامل بیماریزا زمانی امکانپذیر است که قارچها برای مدت طولانی بدون ایجاد بیماری در میزبان حضور داشته باشند. یکی از نمونههای قارچی که در میزبان انسانی رابطه همسفرگی برقرار میکند، کریپتوکوکوس (Cryptococcus) است. کاندیدا آلبیکنس (Candida albicans) نیز میتواند یک رابطه همسفرگی طولانی مدت با میزبان خود برقرار کند.
برخی قارچها همزیستهای خاص و محدود در میزبان انسانی هستند. برخی قارچها از طریق تماس پوستی، مسیرهای دهانی یا تنفسی از محیط وارد میزبان میشوند، در حالی که برخی دیگر به صورت عمودی از طریق تولد اکتساب میشوند.
در دستگاه گوارش انسان، حدود ۵۰ جنس قارچ مشاهده شده است. برخی از طریق غذایی که میزبان میخورد اکتساب میشوند؛ بنابراین نشان میدهد که ثبات جمعیت قارچی به رژیم غذایی میزبان و وضعیت ایمنی میزبان بستگی دارد.
حدود ۲۰ جنس قارچ در ناحیه واژن مشاهده شده است. بیشتر قارچهایی که واژن را مستعمره میکنند، رابطه همسفرگی با میزبان نشان میدهند، اما عواملی مانند مصرف آنتیبیوتیک و بارداری میتوانند بر مایکوبایوم واژن تأثیر بگذارند.