Per pastaruosius 20 metų mokslininkai žymiai padidino iš vandenyno surinktų mikrobų genomų kiekį, o tai gali padėti spręsti tokias pagrindines problemas kaip antibiotikų trūkumas, plastikinės taršos sprendimai ir genomo redagavimas. Tačiau visada buvo sunku pritaikyti informaciją apie mikrobų genomą biotechnologijoms ir medicinai.
Naujame tyrime, paskelbtame „Nature“ pavadinimu „Pasaulinė jūrų mikrobų įvairovė ir jos potencialas biožvalgyboje“, kuriam vadovavo BGI genomikos tyrimų centras Kinijoje, bendradarbiaudamas su Shandong universitetu, Xiamen universitetu, Kinijos vandenyno universitetu, Kopenhagos universitetu Danijoje, ir Rytų Anglijos universitetas Jungtinėje Karalystėje, mokslininkai išanalizavo beveik 43 200 mikroorganizmų (bakterijų, archėjų) genomus iš jūros mėginių ir atrado didelę įvairovę 138 skirtingose populiacijose. Jie suteikia naujų įžvalgų apie tai, kaip vystosi genomo dydis, pavyzdžiui, kaip jūrų mikroorganizmai subalansuoja CRISPR Cas sistemą (jų imuninės gynybos dalį) su atsparumo antibiotikams genais. Daugelis šių genų yra aktyvuojami antibiotikais, kad padėtų mikroorganizmams išgyventi.
CRISP Cas sistema ir atsparumo antibiotikams genai taip pat yra bakterinės imuninės sistemos dalis. Naudodama kompiuterinius metodus, tyrimo grupė atrado naują CRISPR-Cas9 sistemą ir 10 antimikrobinių peptidų, kurie yra dar vienas svarbus skirtingų organizmų imuninės sistemos komponentas.
Antibiotikai, įskaitant antibiotikus, antivirusinius vaistus, priešgrybelinius vaistus ir antiparazitinius vaistus, yra vaistai, naudojami žmonių, gyvūnų ir augalų infekcijų prevencijai ir gydymui. Pasaulio sveikatos organizacijos teigimu, didėjantis atsparumo vaistams paplitimas, kurį sukelia per didelis tam tikrų vaistų vartojimas, kelia grėsmę efektyviai didėjančių infekcijų prevencijai ir gydymui, todėl būtina ieškoti naujų rūšių.
Mokslininkų grupė taip pat atrado tris fermentus, galinčius suardyti įprastą plastiką, teršiantį vandenyną – polietileno tereftalatą (PET), o tai yra dar viena svarbi aplinkos ir sveikatos problema. Laboratoriniai eksperimentai patvirtino jūrų metagenomikos tyrimų rezultatus, rodančius galimą jos praktiškumą.
Rytų Anglijos universiteto Aplinkos mokslų mokyklos jūrų mikrobiologijos profesorius Thomas Mockas teigė, kad „šis darbas jūrų metagenomikos sritį perkelia į„ naują lygmenį. gali padėti mums suprasti jūrų mikrobų įvairovę ir jos evoliucinius modelius bei rasti naujų būdų, kaip šias žinias pritaikyti biotechnologijoje ir medicinoje.
Vandenynas yra didžiausia ir svarbiausia ekosistema Žemėje, o jūrų mikroorganizmų ir jų aplinkos sąveika yra pagrindas tokiems procesams kaip anglies fiksacija ir maistinių medžiagų ciklas pasauliniu mastu. Šios sąveikos prisideda prie Žemės gyvybingumo. Tokie veiksniai, kaip druskingumas, temperatūros pokyčiai, šviesos prieinamumas ir slėgio skirtumai nuo paviršiaus iki jūros dugno, nuo ašigalių iki atogrąžų, sukuria unikalų atrankos slėgį, kuris turi įtakos jūrų mikroorganizmų prisitaikymui ir koevoliucijai.
Remdamiesi šiomis įžvalgomis, mokslininkai naudoja jūrų mikrobų genomo biblioteką, gautą iš metagenomikos, kaip pagrindinį genomo gavybos ir biologinio tyrinėjimo šaltinį, leidžiantį atrasti naujus genetinius įrankius ir bioaktyvius junginius.
Šie duomenys apima įvairias jūrines aplinkas visame pasaulyje – nuo poliarinių regionų iki poliarinių regionų, nuo jūros paviršiaus iki giliausių griovių. Šis tyrimas žymiai pagerina žmonių supratimą apie jūrų mikrobiomą, sukurdamas naują viešai prieinamą duomenų bazę, kurioje yra maždaug 24200 rūšių lygio genų rinkinių.
Tyrėjai teigė: "Nors ankstesni tyrimai suteikė išankstinių įžvalgų apie vandenynų sistemų vaidmenį palaikant biologinę įvairovę, šis naujas tyrimas ne tik remiasi ankstesniais atradimais, bet ir suteikia naujų galimybių tvariai tyrinėti ir naudoti vandenyną. Naudojant gilų mokymąsi Jūrų mikrobiotos genomo gavyba kartu su biocheminiais ir biofiziniais laboratoriniais eksperimentais, skatinantis šį darbą, rodo didžiulį potencialą spręsti pasaulinius iššūkius, tokius kaip antibiotikų trūkumas ir vandenynų tarša. Tyrime pabrėžiamas esminis jūrų mikrobiotos vaidmuo gerinant žmonių gerovę skatinti aplinkos tvarumą.
