V posledních 20 letech vědci výrazně zvýšili množství mikrobiálních genomů shromážděných z oceánu, což může pomoci řešit velké problémy, jako je nedostatek antibiotik, řešení znečištění plasty a úpravy genomu. Vždy však bylo obtížné aplikovat informace o mikrobiálním genomu do biotechnologie a medicíny.
V nové studii publikované v Nature nazvané „Globální mořská mikrobiální diverzita a její potenciál v bioprospektování“, kterou vede BGI Genomics Research Center v Číně ve spolupráci s Shandong University, Xiamen University, Ocean University of China, University of Copenhagen v Dánsku, a University of East Anglia ve Spojeném království vědci analyzovali genomy téměř 43 200 mikroorganismů (bakterií, archaea) z mořských vzorků a objevili rozsáhlou rozmanitost ve 138 různých populacích. Poskytují nové poznatky o tom, jak se vyvíjí velikost genomu, například jak mořské mikroorganismy vyrovnávají systém CRISPR Cas (součást jejich imunitní obrany) s geny rezistence na antibiotika. Mnohé z těchto genů jsou aktivovány antibiotiky, aby pomohly mikroorganismům přežít.
Systém CRISP Cas a geny rezistence na antibiotika jsou také součástí bakteriálního imunitního systému. Pomocí počítačových metod výzkumný tým objevil nový systém CRISPR-Cas9 a 10 antimikrobiálních peptidů, které jsou další důležitou složkou imunitních systémů v různých organismech.
Antibiotika, včetně antibiotik, antivirotik, antimykotik a antiparazitik, jsou léky používané k prevenci a léčbě infekcí u lidí, zvířat a rostlin. Zvyšující se prevalence lékové rezistence způsobená nadužíváním některých léků podle Světové zdravotnické organizace představuje hrozbu pro účinnou prevenci a léčbu stále většího počtu infekcí, a proto je nutné hledat nové typy.
Výzkumný tým také objevil tři enzymy, které dokážou rozložit běžný plast, který znečišťuje oceán – polyethylentereftalát (PET), což je další velký ekologický a zdravotní problém. Laboratorní experimenty potvrdily výsledky výzkumu mořské metagenomiky, což naznačuje její potenciální praktičnost.
Thomas Mock, profesor mořské mikrobiologie na School of Environmental Sciences, University of East Anglia, uvedl, že „tato práce posouvá oblast mořské metagenomiky na ‚novou úroveň‘. Tato studie zdůrazňuje, jak rozsáhlé metagenomické sekvenování mořského mikrobiomu nám může pomoci pochopit mořskou mikrobiální diverzitu a její evoluční vzorce a najít nové způsoby, jak tyto znalosti aplikovat v biotechnologii a medicíně.
Oceán je největší a nejdůležitější ekosystém na Zemi a interakce mezi mořskými mikroorganismy a jejich prostředím jsou základem pro procesy, jako je fixace uhlíku a koloběh živin v globálním měřítku. Tyto interakce přispívají k obyvatelnosti Země. Faktory, jako je slanost, změny teploty, dostupnost světla a tlakové rozdíly od povrchu k mořskému dnu, od pólů po tropy, vytvářejí jedinečné selekční tlaky, které ovlivňují adaptaci a koevoluci mořských mikroorganismů.
Na základě těchto poznatků vědci používají knihovnu mořského mikrobiálního genomu získanou z metagenomiky jako klíčový zdroj pro těžbu genomu a biologický průzkum, který umožňuje objevování nových genetických nástrojů a bioaktivních sloučenin.
Tato data pokrývají různá mořská prostředí po celém světě, od polárních oblastí po polární oblasti, od mořské hladiny po nejhlubší příkopy. Tato studie významně zlepšuje chápání mořského mikrobiomu vytvořením nové veřejně dostupné databáze, která zahrnuje přibližně 24 200 genových sad na úrovni druhů.
Vědci uvedli: "Přestože předchozí studie poskytly předběžné poznatky o úloze oceánských systémů při zachování biologické rozmanitosti, tato nová studie nejen staví na předchozích objevech, ale také poskytuje nové příležitosti pro udržitelný průzkum a využití oceánu. Pomocí hlubokého učení těžba z genomu mořské mikroflóry v kombinaci s biochemickými a biofyzikálními laboratorními experimenty, pokrok v této práci ukazuje obrovský potenciál k řešení globálních problémů, jako je nedostatek antibiotik a znečištění oceánů podpora udržitelnosti životního prostředí.
