Viimase 20 aasta jooksul on teadlased märkimisväärselt suurendanud ookeanist kogutud mikroobide genoomide hulka, mis võib aidata lahendada suuri probleeme, nagu antibiootikumide puudus, plastireostuse lahendused ja genoomi redigeerimine. Mikroobide genoomiteabe rakendamine biotehnoloogias ja meditsiinis on aga alati olnud keeruline.
Uues ajakirjas Nature avaldatud uuringus pealkirjaga "Global Marine Microbial Diversity and its Potential in Bioprospecting", mida juhtis Hiina BGI genoomika uurimiskeskus koostöös Shandongi ülikooli, Xiameni ülikooli, Hiina ookeaniülikooli ja Kopenhaageni ülikooliga Taanis, ja Ühendkuningriigi East Anglia ülikoolis analüüsisid teadlased mereproovidest ligi 43200 mikroorganismi (bakterid, arheed) genoomi ja avastasid ulatusliku mitmekesisuse 138 erinevas populatsioonis. Need annavad uue ülevaate genoomi suuruse muutumisest, näiteks sellest, kuidas mere mikroorganismid tasakaalustavad CRISPR Cas süsteemi (osa oma immuunkaitsest) antibiootikumiresistentsuse geenidega. Paljusid neist geenidest aktiveerivad antibiootikumid, et aidata mikroorganismidel ellu jääda.
CRISP Cas süsteem ja antibiootikumiresistentsuse geenid on samuti osa bakteriaalsest immuunsüsteemist. Arvutipõhiseid meetodeid kasutades avastas uurimisrühm uue CRISPR-Cas9 süsteemi ja 10 antimikroobset peptiidi, mis on erinevate organismide immuunsüsteemide teine oluline komponent.
Antibiootikumid, sealhulgas antibiootikumid, viirusevastased ravimid, seenevastased ravimid ja parasiidivastased ravimid, on ravimid, mida kasutatakse inimeste, loomade ja taimede nakkuste ennetamiseks ja raviks. Maailma Terviseorganisatsiooni hinnangul ohustab teatud ravimite liigtarvitamisest tingitud ravimiresistentsuse suurenemine üha suurema hulga nakkuste tõhusat ennetamist ja ravi, mistõttu on vaja otsida uusi tüüpe.
Uurimisrühm avastas ka kolm ensüümi, mis võivad lagundada tavalist ookeani saastavat plasti – polüetüleentereftalaati (PET), mis on veel üks suur keskkonna- ja terviseprobleem. Laboratoorsed katsed on kinnitanud mere metagenoomika uurimistulemusi, viidates selle potentsiaalsele praktilisusele.
East Anglia ülikooli keskkonnateaduste kooli meremikrobioloogia professor Thomas Mock märkis, et "see töö viib mere metagenoomika valdkonna "uuele tasemele". See uuring toob esile mere mikrobioomi laiaulatusliku metagenoomilise sekveneerimise. võib aidata meil mõista mere mikroobide mitmekesisust ja selle evolutsioonilisi mustreid ning leida uusi viise nende teadmiste rakendamiseks biotehnoloogias ja meditsiinis.
Ookean on Maa suurim ja kõige olulisem ökosüsteem ning mere mikroorganismide ja nende keskkonna vastastikmõjud on aluseks sellistele protsessidele nagu süsiniku sidumine ja toitainete ringlus globaalses mastaabis. Need vastasmõjud aitavad kaasa Maa elamisvõimele. Sellised tegurid nagu soolsus, temperatuurimuutused, valguse kättesaadavus ja rõhuerinevused pinnast merepõhjani, poolustelt troopikani loovad ainulaadse valikusurve, mis mõjutab mere mikroorganismide kohanemist ja koosevolutsiooni.
Nendele arusaamadele tuginedes kasutavad teadlased metagenoomikast saadud mere mikroobide genoomi raamatukogu genoomi kaevandamise ja bioloogilise uurimise peamise ressursina, mis võimaldab avastada uusi geneetilisi tööriistu ja bioaktiivseid ühendeid.
Need andmed hõlmavad erinevaid merekeskkondi kogu maailmas polaaraladest polaaraladeni, merepinnast sügavaimate kaevikuteni. See uuring parandab oluliselt inimeste arusaamist mere mikrobiomist, luues uue avalikult kättesaadava andmebaasi, mis sisaldab ligikaudu 24200 liigitaseme geenikomplekti.
Teadlased märkisid: "Kuigi varasemad uuringud on andnud esialgse ülevaate ookeanisüsteemide rollist bioloogilise mitmekesisuse säilitamisel, ei tugine see uus uuring mitte ainult varasematele avastustele, vaid pakub ka uusi võimalusi ookeani jätkusuutlikuks uurimiseks ja kasutamiseks. Kasutades süvaõpet. Mere mikrobiota genoomipõhine kaevandamine koos biokeemiliste ja biofüüsikaliste laborikatsetega näitab selle töö tohutut potentsiaali lahendada selliseid ülemaailmseid probleeme nagu antibiootikumide puudus ja ookeanireostus. Uuring rõhutab mere mikrobiota kriitilist rolli inimeste heaolu parandamisel keskkonnasäästlikkuse edendamine.
