211service.com
The Ocean's Unforeseen Genomic Bounty
Havet er vært for et forbløffende - og overraskende - mangfoldigt menageri af mikroorganismer, ifølge en massiv genetisk undersøgelse offentliggjort i dag. Resultaterne kommer fra genomik-pioneren Craig Venters ekspedition for at cirkulere rundt i verden med yacht, indsamle og analysere marine organismer undervejs. Det uventede niveau af diversitet tyder på, at på trods af de næsten 200 organismer, der er blevet sekventeret til dato, er forskere lige begyndt at ridse overfladen af jordens genetiske repertoire.
Sekvensering af havet : Genomics-pioneren Craig Venter cirklede rundt om kloden i sin yacht og indsamlede havprøver til genomisk analyse undervejs.
Vi har ikke forstået meget om vores egen planet og vores eget miljø, fortalte Venter Teknologigennemgang fra sin båd, den Troldmand II , i øjeblikket i Cortezhavet, i Mexico. Vi har manglet så meget som 99 procent af livsformer og biologi derude. Han siger, at de genetiske sekvenser, der genereres af projektet, vil have en bred indvirkning, lige fra at hjælpe videnskabsmænd med at forstå globale kulstofkredsløb til at identificere muligt liv på Mars.
Mikroorganismer udgør hovedparten af livet på Jorden og spiller en stor rolle i kulstofkredsløbet og andre globale energikredsløb. Men fordi kun omkring 1 procent af organismerne kan dyrkes i et laboratorium, er det svært at identificere og forstå disse mikroskopiske væsner. Nu, stadigt forbedrede gensekventeringsmetoder, der er udviklet i løbet af de sidste par år, tilbyder mikrobiologer et nyt værktøj til at studere de øvrige 99 procent. Forskere kan udvinde det genetiske materiale fra en dråbe havvand og derefter sekventere det DNA, der udleder genomiske spor i alle de organismer, der lever i det miljø.
Efter en vellykket pilotundersøgelse af Sargassohavet i 2003, begav Venter sig ud på en meget længere ekspedition, efter det britiske skibs rute. Udfordrer , en forskningsrejse, der katalogiserede 5.000 nye marine arter i slutningen af 1800-tallet. Besætningen rejste næsten 6.000 miles ombord på Venters yacht og indsamlede prøver af overfladevand hver 200 miles.
Det første sæt resultater, offentliggjort i denne uge i tre artikler i tidsskriftet PLoS Biologi , afslørede seks millioner nye proteiner, hvilket fordobler antallet af kendte proteinsekvenser. Overalt, hvor vi prøvede, fandt vi nye proteiner, siger Venter.
Forskere fokuserede i høj grad på at analysere nye proteinkodende sekvenser, snarere end på at identificere specifikke mikroorganismer, fordi mangfoldigheden af DNA gjorde det vanskeligt at samle til enkelte genomer. (DNA-sekvenser genereret fra en dråbe havvand indeholder fragmenter fra genomet fra mange forskellige mikroorganismer. Forskere sammenligner dette med at forsøge at sammensætte et puslespil fra en kasse, der indeholder nogle få brikker fra tusind forskellige puslespil.)
Denne nye samling af proteiner skulle kaste lys over, hvordan proteiner udviklede sig, og måske endda antyde genetikken i vores tidligste forfædres organismer. Med en mangfoldig samling af proteiner kan du bygge et fylogenetisk træ og forsøge at udlede funktion, og hvordan det udviklede sig, siger Shibu Yooseph, en videnskabsmand ved J. Craig Venter Institute, i Rockville, MD, og hovedforfatter af en af de PLoS Biologi papirer. For hver familie, vi har set på, var både antallet og mangfoldigheden af nye proteiner virkelig uventet.
En af de mest udbredte typer af protein, der er identificeret i undersøgelsen, kommer fra proteorhodopsiner, molekyler, der ligner lysfølende proteiner i det menneskelige øje. De ser ud til at udstyre mikroorganismer med en alternativ mekanisme til fotosyntese for at generere energi fra lys. Forskere fandt også ud af, at små ændringer i proteinet påvirker bølgelængden af lys, organismen kan absorbere: den særlige variant, en organisme besidder, ser ud til at følge vandets fremherskende farve i omgivelserne. På kysten for eksempel, hvor vandet er grønt, kan organismer for det meste optage grønt lys. Men i dybhavet, hvor vandet er blåt, kan organismer for det meste absorbere blåt lys.
Faktisk viste hvert miljø, der blev prøvet, høj genetisk diversitet, både inden for og mellem prøver. Resultaterne udfordrer forestillingen om arter i mikroorganismer. Når man ser på mikrober, ser de ikke ud til at være individuelle arter, siger Douglas Rusch, også videnskabsmand ved Venter Institute og forfatter til en af artiklerne. Det ser ud til at være en kompleks blanding, som vi beskriver som undertyper, som er tilpasset et bestemt miljø.
Venters projekt er en del af en ny trend inden for genomik, muliggjort af nye sekventeringsteknologier, til at sekventere hele mikrobielle samfund i stedet for individuelle organismer. Disse teknologier tillader massivt parallel sekventering, så vi kan få hundredtusindvis af sekvenser i enkelte kørsler, siger George Weinstock , meddirektør for Human Genome Sequencing Center på Baylor College of Medicine i Houston. Indtil videre har forskere sekventeret de mikrobielle indbyggere i hvalkroppe, spildevandsrensningsanlæg, dræningssteder for syreminer og termittarme.
Mikrobielle samfund er næsten som en superorganisme, hvor hver mikrobe bidrager til samfundet som helhed, siger Weinstock. Vi skal virkelig karakterisere metagenomet og analysere generne og proteinprodukterne som et aggregat.
Venter og andre håber i sidste ende at finde proteiner, der kan co-opteres til at skabe nye bakterielle maskiner – proteiner involveret i brintproduktion eller kulstoffiksering, for eksempel, der en dag kan konstrueres til at øge havets kulstoffikserende kapacitet eller til at skabe brændstofproducerende bakterier. Gener er fremtidens designkomponent, siger Venter.