За останні 20 років вчені значно збільшили кількість мікробних геномів, зібраних в океані, що може допомогти вирішити такі серйозні проблеми, як дефіцит антибіотиків, рішення для забруднення пластиком і редагування геному. Проте завжди було важко застосувати інформацію про мікробний геном до біотехнології та медицини.
У новому дослідженні, опублікованому в Nature під назвою «Глобальне морське мікробне різноманіття та його потенціал у біорозвідці», під керівництвом Науково-дослідного центру BGI Genomics у Китаї у співпраці з Університетом Шаньдун, Університетом Сямень, Університетом океану Китаю, Університетом Копенгагена в Данії, та Університету Східної Англії у Великій Британії дослідники проаналізували геноми майже 43200 мікроорганізмів (бактерій, архей) із морських зразків і виявили велику різноманітність у 138 різних популяціях. Вони дають нове уявлення про те, як еволюціонує розмір геному, наприклад, як морські мікроорганізми врівноважують систему CRISPR Cas (частину їхнього імунного захисту) з генами стійкості до антибіотиків. Багато з цих генів активуються антибіотиками, щоб допомогти мікроорганізмам вижити.
Система CRISP Cas і гени стійкості до антибіотиків також є частиною бактеріальної імунної системи. Використовуючи комп’ютерні методи, дослідницька група виявила нову систему CRISPR-Cas9 і 10 антимікробних пептидів, які є ще одним важливим компонентом імунної системи в різних організмах.
Антибіотики, включаючи антибіотики, противірусні препарати, протигрибкові препарати та протипаразитарні препарати, є препаратами, які використовуються для запобігання та лікування інфекцій у людей, тварин і рослин. За даними Всесвітньої організації охорони здоров’я, зростаюча поширеність стійкості до ліків, спричинена надмірним вживанням певних препаратів, створює загрозу ефективній профілактиці та лікуванню все більшої кількості інфекцій, що вимагає пошуку нових типів.
Дослідницька група також виявила три ферменти, які можуть розщеплювати звичайний пластик, який забруднює океан – поліетилентерефталат (ПЕТ), що є ще однією серйозною проблемою для навколишнього середовища та здоров’я. Лабораторні експерименти підтвердили результати досліджень морської метагеноміки, вказуючи на її потенційну практичність.
Томас Мок, професор морської мікробіології Школи наук про навколишнє середовище Університету Східної Англії, заявив, що «ця робота виводить сферу морської метагеноміки на «новий рівень». Це дослідження підкреслює, як широкомасштабне метагеномне секвенування морського мікробіому може допомогти нам зрозуміти морське мікробне різноманіття та його еволюційні моделі, а також знайти нові способи застосування цих знань у біотехнології та медицині.
Океан є найбільшою та найважливішою екосистемою на Землі, і взаємодія між морськими мікроорганізмами та їх середовищем є основою для таких процесів, як фіксація вуглецю та кругообіг поживних речовин у глобальному масштабі. Ці взаємодії сприяють життєдіяльності Землі. Такі фактори, як солоність, зміни температури, доступність світла та різниця тиску від поверхні до морського дна, від полюсів до тропіків, створюють унікальний тиск відбору, який впливає на адаптацію та коеволюцію морських мікроорганізмів.
Ґрунтуючись на цих висновках, дослідники використовують бібліотеку морських мікробних геномів, отриману з метагеноміки, як ключовий ресурс для аналізу геному та біологічних досліджень, що дозволяє відкривати нові генетичні інструменти та біоактивні сполуки.
Ці дані охоплюють різні морські середовища в усьому світі, від полярних регіонів до полярних регіонів, від поверхні моря до найглибших жолобів. Це дослідження значно покращує розуміння людьми морського мікробіому шляхом створення нової загальнодоступної бази даних, яка включає приблизно 24200 наборів генів на рівні видів.
Дослідники заявили: «Хоча попередні дослідження дали попереднє уявлення про роль океанічних систем у підтримці біорізноманіття, це нове дослідження не тільки спирається на попередні відкриття, але й надає нові можливості для сталого дослідження та використання океану. Використовуючи глибоке навчання дослідження геному морської мікробіоти в поєднанні з біохімічними та біофізичними лабораторними експериментами демонструє величезний потенціал для вирішення глобальних проблем, таких як дефіцит антибіотиків і забруднення океану сприяння екологічній стійкості.
