ДНК з глибин океану може допомогти революціонізувати медицину, енергетику та сільське господарство

З вівторка вчені з усього світу мають у своєму розпорядженні новий захопливий інструмент: найбільшу в історії колекцію геномів морських мікробів, організовану в онлайн-базі даних. Каталог, описаний у журналі Frontiers in Science, є цифровою бібліотекою з відкритим кодом генетичних кодів організмів океану, і вчені кажуть, що він може відкрити двері для розробки ліків або інновацій в енергетиці та сільському господарстві.

• Найпотворніша тварина у світі не заслуговує на свій титул: у вигляді риби-краплі винні люди

Деталі

Співавтор дослідження, морський еколог з Науково-технологічного університету короля Абдалли (KAUST) у Саудівській Аравії Карлос Дуарте зазначає:

Гени та білки, отримані з морських мікробів, мають нескінченний потенціал застосування. Ми можемо шукати нові антибіотики; ми можемо знайти нові ферменти для виробництва їжі. Якщо вони знають, що вони шукають, дослідники можуть використовувати нашу платформу, щоб знайти голку в стозі сіна, яка може вирішити конкретну проблему.

Щоб створити базу даних, дослідники проаналізували тисячі морських зразків, зібраних за останні 15 років, з усіх п’яти океанів і Середземного моря. Зразки були отримані з різноманітних минулих експедицій і досліджень, таких як глобальна експедиція Tara Oceans, яка тривала з 2009 по 2013 роки. ДНК представляла бактерії, гриби та віруси з різних географічних регіонів і океанських глибин.

У минулому бар’єри для секвенування ДНК були серйозною перепоною для вчених — навіть коли генетичні зразки були зібрані, їхні зусилля могли бути зірвані через вартість, час або стан ДНК. Станом на 2022 рік було секвеновано 303 мільйони унікальних генів морських мікробів.

Прорив команди стався завдяки послідовності та технологічному прогресу. Покращення швидкості та точності суперкомп’ютерів, а також розробки штучного інтелекту та секвенування ДНК дозволили команді проаналізувати понад 2100 метагеномів або великих кількостей генетичного матеріалу. Загалом вони секвенували приблизно 317 мільйонів унікальних груп мікробних генів, щоб створити найповніший каталог.

Зокрема, у дослідженні було уважно розглянуто життя, яке звикло до екстремальних умов океанічної "сутінкової зони". Цей регіон, що простягається на глибині від 200 до 1000 метрів під поверхнею — зовсім поза межами сонячного світла — є домом для одних із найунікальніших істот на Землі, адаптація яких зумовлена ​​таким суворим середовищем існування.

У сутінковій зоні дослідники з подивом виявили, що більш ніж половина знайдених унікальних кластерів генів належали грибам.

Такі ліки, як пеніцилін, наприклад, були розроблені з грибів. А знайдені в глибинах океану розвинули рідкісні властивості, які можуть бути корисними вченим, які розробляють ліки. В перспективі може бути відкрито щось на зразок пеніциліну, але з океанських грибів.

Дослідження морських мікробів також проливає світло на роль вірусів у збільшенні генетичного різноманіття, на яке вони впливають, переміщуючи гени між організмами.

Дослідження пропонує шляхи майбутніх робіт — наприклад, вчені виявили велику прогалину в знаннях про морські глибини та дно океану. Вони також зазначають, що їхній каталог може служити основою для різноманітності морських мікробів, що дозволить майбутнім дослідникам оцінити вплив людської діяльності, наприклад глибоководного видобутку корисних копалин або спалювання викопного палива, на ці організми.

Команда каже, що для того, щоб каталог справді був ефективним, країни та вчені мають визначити пріоритети у поширенні знань. Договір про відкрите море 2023 року, який підписали майже 200 країн, стверджує, що морський ген належить країні, яка його виявила, хоча його переваги мають бути спільними. Проте в угоді було незрозуміло, як це буде працювати. Карлос Дуарте зазначає:

Така невизначеність має бути вирішена зараз, коли ми досягли точки, коли технології генетичного та штучного інтелекту можуть розблокувати безпрецедентні інновації та прогрес у блакитній біотехнології.

Раніше дослідження показало, як саме життя з’явилося на нашій планеті. Досліджуючи умови, які могли дозволити живим системам виникнути з інертних геологічних матеріалів 3,5 мільярда років тому, команда змогла створити органічні молекули, які, можливо, були речовиною життя.