Ekstremalna metagenomika: ściganie błędów w trzewiach Ziemi

Gdy mikrobiolodzy przeczesują najbardziej niedostępne miejsca na Ziemi, aby znaleźć coraz więcej dziwnych i potencjalnie użytecznych mikrorobali, połowicznie oczekuję, że na kanale Sci-Fi Channel, a może ESPN-5, pojawi się nowy reality show: Ekstremalne Mikroby!

Naukowcy badający najmniejsze owady od dawna podróżują do osobliwych miejsc, ale teraz cała dziedzina została ożywiona na nowo przez nową erę metagenomiki – badania grup bakterii znalezionych, powiedzmy, w wiadrze wody, skrawku ludzkiej skóry lub łopata pełna błota. Uzbrojeni w wyrafinowane nowe technologie do identyfikacji milionów różnych rodzajów bakterii zamieszkujących określone mini środowisko, nowi metagenetycy rozmieszczają się w zakamarkach, od wycieków kwasu po głębokie jaskinie, w poszukiwaniu społeczności drobnoustrojów.

w [email protected] pisarka Josie Glausiusz opisuje wyprawę spelunkingową kierowaną przez mikrobiolog Dianę Northup tysiąc stóp pod ziemią, w głąb jaskini Lechuguilla w Nowym Meksyku. Ona i jej zespół z University of New Mexico wędrowali przez splątane kilometry korytarzy, zjeżdżając po dołach, przemierzając niebezpieczne krawędzie klifów i włócząc się po podziemnych jeziorach w drodze, aby zbierać bakterie, które osadzają skorupy manganu i utlenione żelazo na ścianach jaskini. Northup jest również częścią wielouniwersyteckiego konsorcjum, odpowiednio nazwanego SLIME–Subsurface Life in Mineral Environments.

Poprzednia próba złapania przez Northup partii zwierzątek upuszczających mangan i żelazo nie przyniosła rezultatów, ponieważ ona i jej zespół nieumyślnie skazili próbki grzybami, które przynieśli na swoich butach turystycznych. W laboratorium grzyby wyrosły jak chwasty na płytkach agarowych, kiedy Northup próbował wyhodować bakterie. Tym razem zespół przyniósł czyste garnitury – mylące określenie grupy łowców mikrobów, którzy byli wyjątkowo brudni od potu i błota po swojej podziemnej wędrówce.

Northup postanowiła również nie ryzykować hodowania swoich próbek, więc przyniosła szklane probówki, aby rozpocząć swoje robaki w ich własnym środowisku absolutnej ciemności, niskich temperatur i wysokiej wilgotności. Naukowcy odkryli, że klasyczna metoda hodowli bakterii – dodawanie próbek do szalek Petriego bogatych w agar – nie działa w przypadku 99,9 procent drobnoustrojów, które najlepiej rozwijają się we własnej ekologicznej zupie. To jeden z powodów, dla których metagenomika się rozwija. Innym jest to, że postępy w technologii umożliwiają teraz naukowcom sekwencjonowanie całego DNA w metapróbce, aby dowiedzieć się, ile gatunków i wariantów genów pojawia się w danej niszy ekologicznej.

Być może najbardziej znanym metagenomistą jest J. Craig Venter, którego Czarownik II Global Ocean Sampling Expedition ogłosiła w marcu, że odkryła sześć milionów nowych genów i tysiące nowych rodzin białek, z których niektóre mogą oferować między innymi nowatorskie rozwiązania w zakresie przechowywania i wytwarzania energii. Inni znajdują drobnoustroje, które mogą usuwać zanieczyszczenia lub wytwarzać nowomodne antybiotyki.

Pisarka Glausiusz opisuje w swoim artykule poszukiwania antybiotyków, a także rodzący się ruch komercjalizacji odkryć wynikających z poszukiwania śluzu:

Tymczasem Kim Lewis i Slava Epstein z Northeastern University w Bostonie, Massachusetts, trolują głębiny niehodowlane w poszukiwaniu nowych antybiotyków za pomocą komory dyfuzyjnej, w której drobnoustroje są nasycane w warunkach ich naturalnego środowiska – na przykład gleby lub wody morskiej plus osady morskie. Lewis i Epstein założyli firmę NovoBiotic, aby wykorzystać swoją kulturę. Praktyczne korzyści są ogromne, mówi Lewis. Jeśli chcesz odkrywać nowe rzeczy, chcesz udać się do organizmów, których wcześniej nie widziałeś. Rozsądnie jest założyć, że 99% pozostałych bakterii będzie miało przynajmniej kilka przydatnych antybiotyków.

Ortodonta Northup zaczęła znajdować w swoich próbkach antybiotyki. Początkowo starała się jednak hodować bakterie jaskiniowe tworzące skorupę, aby zrozumieć ich podstawową biologię. Jednym z powodów, dla których raczej hodujemy niż robimy sekwencje DNA, jest to, że chcemy je złapać w akcie wytrącania minerałów, abyśmy mogli zdecydowanie powiedzieć: „Ci faceci to potrafią”, mówi.

Zachęcam do przeczytania całego artykułu na [email protected] ; to przerażające rzeczy i całkowicie fascynujące. Proponuję również wziąć udział Przegląd technologii 's Emerging Technologies Conference na MIT w dniach 25-27 września, gdzie będę moderować panel na temat metagenomiki.

Glausiusz, Josie, Ekstremalna kultura: Od odwadniania kopalni kwasów do wnętrzności Ziemi, Josie Glausiusz opowiada, jak naukowcy bardzo się starają wyhodować oporne bakterie, Natura, Opublikowano w Internecie: 20 czerwca 2007 r.; | doi:10.1038/447905a

ukryć