Metabolic cooperation and spatiotemporal niche partitioning in a kefir microbial community

开菲尔 利基 生物 代谢组学 生态系统 微生物 生态位分化 微生物种群生物学 细菌 生态学 乳酸 遗传学 生物信息学
作者
Sonja Blasche,Yong‐Kyu Kim,Ruben A. T. Mars,Daniel Machado,Maria Maansson,Eleni Kafkia,Alessio Milanese,Georg Zeller,Bas Teusink,Jens Nielsen,Vladimı́r Beneš,Ana Rute Neves,Uwe Sauer,Kiran Raosaheb Patil
出处
期刊:Nature microbiology 卷期号:6 (2): 196-208 被引量:190
标识
DOI:10.1038/s41564-020-00816-5
摘要

Microbial communities often undergo intricate compositional changes yet also maintain stable coexistence of diverse species. The mechanisms underlying long-term coexistence remain unclear as system-wide studies have been largely limited to engineered communities, ex situ adapted cultures or synthetic assemblies. Here, we show how kefir, a natural milk-fermenting community of prokaryotes (predominantly lactic and acetic acid bacteria) and yeasts (family Saccharomycetaceae), realizes stable coexistence through spatiotemporal orchestration of species and metabolite dynamics. During milk fermentation, kefir grains (a polysaccharide matrix synthesized by kefir microorganisms) grow in mass but remain unchanged in composition. In contrast, the milk is colonized in a sequential manner in which early members open the niche for the followers by making available metabolites such as amino acids and lactate. Through metabolomics, transcriptomics and large-scale mapping of inter-species interactions, we show how microorganisms poorly suited for milk survive in—and even dominate—the community, through metabolic cooperation and uneven partitioning between grain and milk. Overall, our findings reveal how inter-species interactions partitioned in space and time lead to stable coexistence. Using kefir as a natural model microbial ecosystem, the authors apply metabolomics, transcriptomics and large-scale mapping of inter-species interactions to study the drivers of stable coexistence of species in space and time.
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