V zadnjih 20 letih so znanstveniki znatno povečali količino mikrobnih genomov, zbranih iz oceana, kar lahko pomaga pri reševanju velikih izzivov, kot so pomanjkanje antibiotikov, rešitve za onesnaževanje s plastiko in urejanje genoma. Vendar pa je bilo vedno težko uporabiti informacije o mikrobnem genomu v biotehnologiji in medicini.
V novi študiji, objavljeni v reviji Nature, z naslovom "Globalna morska mikrobna raznolikost in njen potencial pri bioiskanju", ki jo je vodil Raziskovalni center BGI Genomics na Kitajskem v sodelovanju z univerzo Shandong, univerzo Xiamen, kitajsko oceansko univerzo, univerzo v Kopenhagnu na Danskem, in Univerze East Anglia v Veliki Britaniji so raziskovalci analizirali genome skoraj 43200 mikroorganizmov (bakterij, arhej) iz morskih vzorcev in odkrili obsežno raznolikost v 138 različnih populacijah. Zagotavljajo nove vpoglede v razvoj velikosti genoma, na primer, kako morski mikroorganizmi uravnotežijo sistem CRISPR Cas (del njihove imunske obrambe) z geni za odpornost na antibiotike. Mnoge od teh genov aktivirajo antibiotiki, da pomagajo mikroorganizmom preživeti.
Sistem CRISP Cas in geni za odpornost na antibiotike so prav tako del bakterijskega imunskega sistema. Z računalniško podprtimi metodami je raziskovalna skupina odkrila nov sistem CRISPR-Cas9 in 10 protimikrobnih peptidov, ki so še ena pomembna komponenta imunskega sistema v različnih organizmih.
Antibiotiki, vključno z antibiotiki, protivirusnimi zdravili, protiglivičnimi zdravili in antiparazitskimi zdravili, so zdravila, ki se uporabljajo za preprečevanje in zdravljenje okužb pri ljudeh, živalih in rastlinah. Po podatkih Svetovne zdravstvene organizacije vse večja razširjenost odpornosti na zdravila, ki jo povzroča prekomerna uporaba določenih zdravil, ogroža učinkovito preprečevanje in zdravljenje vse večjega števila okužb, zaradi česar je treba iskati nove vrste.
Raziskovalna skupina je odkrila tudi tri encime, ki lahko razgradijo običajno plastiko, ki onesnažuje oceane – polietilen tereftalat (PET), kar je še en pomemben okoljski in zdravstveni problem. Laboratorijski poskusi so potrdili rezultate raziskav morske metagenomike, kar kaže na njeno potencialno praktičnost.
Thomas Mock, profesor morske mikrobiologije na Šoli za okoljske vede Univerze v Vzhodni Angliji, je izjavil, da "to delo popelje področje morske metagenomike na 'novo raven'. Ta študija poudarja, kako obsežno metagenomsko zaporedje morskega mikrobioma nam lahko pomaga razumeti morsko mikrobno raznolikost in njene evolucijske vzorce ter najti nove načine za uporabo tega znanja v biotehnologiji in medicini.
Ocean je največji in najpomembnejši ekosistem na Zemlji, interakcije med morskimi mikroorganizmi in njihovim okoljem pa so osnova za procese, kot sta fiksacija ogljika in kroženje hranil v svetovnem merilu. Te interakcije prispevajo k bivalni sposobnosti Zemlje. Dejavniki, kot so slanost, temperaturne spremembe, razpoložljivost svetlobe in razlike v tlaku od površine do morskega dna, od polov do tropov, ustvarjajo edinstvene selekcijske pritiske, ki vplivajo na prilagajanje in koevolucijo morskih mikroorganizmov.
Na podlagi teh spoznanj raziskovalci uporabljajo knjižnico genoma morskih mikrobov, pridobljeno iz metagenomike, kot ključni vir za rudarjenje genoma in biološko raziskovanje, kar omogoča odkrivanje novih genetskih orodij in bioaktivnih spojin.
Ti podatki zajemajo različna morska okolja po vsem svetu, od polarnih regij do polarnih regij, od morske gladine do najglobljih jarkov. Ta študija bistveno izboljša razumevanje ljudi o morskem mikrobiomu z ustvarjanjem nove javno dostopne baze podatkov, ki vključuje približno 24200 genskih sklopov na ravni vrst.
Raziskovalci so navedli: "Čeprav so prejšnje študije zagotovile predhodne vpoglede v vlogo oceanskih sistemov pri ohranjanju biotske raznovrstnosti, ta nova študija ne gradi le na prejšnjih odkritjih, temveč ponuja tudi nove priložnosti za trajnostno raziskovanje in uporabo oceana. Z uporabo poglobljenega učenja rudarjenje morske mikrobiote na podlagi genoma v kombinaciji z biokemičnimi in biofizikalnimi laboratorijskimi poskusi, napredek tega dela dokazuje ogromen potencial za reševanje globalnih izzivov, kot sta pomanjkanje antibiotikov in onesnaževanje oceanov. Študija poudarja ključno vlogo morske mikrobiote pri izboljšanju dobrega počutja ljudi in spodbujanje okoljske trajnosti.
