ДНК из глубин океана может помочь революционизировать медицину, энергетику и сельское хозяйство

Со вторника ученые со всего мира располагают новым захватывающим инструментом: крупнейшей в истории коллекцией геномов морских микробов, организованной в онлайн-базе данных. Каталог, описанный в журнале Frontiers in Science, представляет собой цифровую библиотеку с открытым кодом генетических кодов организмов океана, и ученые говорят, что он может открыть двери для разработки лекарств или инноваций в энергетике и сельском хозяйстве.

• Самое уродливое животное в мире не заслуживает на свой титул: во внешности рыбы-капли виноваты люди

Детали

Соавтор исследования, морской эколог из Научно-технологического университета короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии Карлос Дуарте отмечает:

Гены и белки, полученные из морских микробов, обладают бесконечным потенциалом применения. Мы можем искать новые антибиотики; мы можем найти новые ферменты для производства пищи. Если они знают, что они ищут, исследователи могут использовать нашу платформу, чтобы найти иголку в стоге сена, которая может решить конкретную проблему.

Для создания базы данных исследователи проанализировали тысячи морских образцов, собранных за последние 15 лет, из всех пяти океанов и Средиземного моря. Образцы были получены из различных прошлых экспедиций и исследований, таких как глобальная экспедиция Tara Oceans, продолжавшаяся с 2009 по 2013 годы. ДНК представляла бактерии, грибы и вирусы из разных географических регионов и океанских глубин.

В прошлом барьеры для секвенирования ДНК были серьезным препятствием для ученых — даже когда генетические образцы были собраны, их усилия могли быть сорваны из-за стоимости, времени или состояния ДНК. По состоянию на 2022 год было секвенировано 303 миллиона уникальных генов морских микробов.

Прорыв команды произошел благодаря последовательности и технологическому прогрессу. Улучшение скорости и точности суперкомпьютеров, разработки искусственного интеллекта и секвенирования ДНК позволили команде проанализировать более 2100 метагеномов или больших количеств генетического материала. В общей сложности они секвенировали примерно 317 миллионов уникальных групп микробных генов, чтобы создать самый полный каталог.

В частности, в исследовании была внимательно рассмотрена жизнь, привыкшая к экстремальным условиям океанической "сумеречной зоны". Этот регион, простирающийся на глубине от 200 до 1000 метров под поверхностью, совсем вне солнечного света, является домом для одних из самых уникальных существ на Земле, адаптация которых обусловлена ​​столь суровой средой обитания.

В сумеречной зоне исследователи с удивлением обнаружили, что более половины найденных уникальных кластеров генов принадлежали грибам.

Такие лекарства, как пенициллин, например, были разработаны из грибов. А найденные в глубинах океана развили редкие свойства, которые могут быть полезны ученым, разрабатывающим лекарства. В перспективе может быть открыто что-то вроде пенициллина, но из океанских грибов.

Исследование морских микробов также проливает свет на роль вирусов в увеличении генетического разнообразия, на которое они оказывают влияние, перемещая гены между организмами.

Исследование предлагает пути будущих работ — например, ученые обнаружили большой пробел в знаниях о морских глубинах и дне океана. Они также отмечают, что их каталог может служить основой для разнообразия морских микробов, что позволит будущим исследователям оценить влияние человеческой деятельности, например, глубоководной добычи полезных ископаемых или сжигания ископаемого топлива на эти организмы.

Команда говорит, что для того, чтобы каталог действительно был эффективным, страны и ученые должны определить приоритеты в распространении знаний. Договор об открытом море 2023 года, который подписали почти 200 стран, утверждает, что морской ген принадлежит обнаружившей его стране, хотя его преимущества должны быть общими. Однако в договоре было непонятно, как это будет работать. Карлос Дуарте отмечает:

Такая неопределенность должна быть решена сейчас, когда мы достигли точки, когда технологии генетического и искусственного интеллекта могут разблокировать беспрецедентные инновации и прогресс в голубой биотехнологии.

Ранее исследование показало, как именно жизнь появилась на нашей планете. Исследуя условия, которые могли позволить живым системам возникнуть из инертных геологических материалов 3,5 млрд лет назад, команда смогла создать органические молекулы, которые, возможно, были веществом жизни.