Vandenynas kaip natūralių produktų šaltinis – „ScienceDaily“.

Žinių spragų sprendimas ryklių ir rajų tyrimų srityje – ScienceDaily

Vandenynuose knibždėte knibžda daugybė gyvybės formų – nuo ​​didžiausių pasaulyje būtybių – mėlynojo banginio – iki nedidelių mikroorganizmų. Be didžiulio jų kiekio, šie mikroorganizmai taip pat yra labai svarbūs užtikrinant, kad visa ekologinė ir klimato sistema veiktų tinkamai. Pavyzdžiui, yra fotosintetiškai aktyvių veislių, tokių kaip cianobakterijos, kurios atmosferoje gamina apie 50 procentų deguonies. Be to, pašalindami iš atmosferos anglies dioksidą, mikroorganizmai padeda kovoti su visuotiniu atšilimu.

Nepaisant šio svarbaus vaidmens, vandenyne aptinkamų mikroorganizmų įvairovės tyrimai iki šiol buvo tik pradiniai. Taigi, tyrėjų grupė, vadovaujama mikrobiomų tyrimų profesoriaus Shinichi Sunagawa, glaudžiai bendradarbiauja su Jörn Piel grupe, kad ištirtų šią įvairovę. Abi grupės yra ETH Ciuricho Mikrobiologijos institute.

Siekdami aptikti naujus natūralius produktus, pagamintus iš bakterijų, Sunagawa ir jo komanda ištyrė viešai prieinamus DNR duomenis iš 1000 vandens mėginių, paimtų skirtinguose gyliuose iš kiekvieno pasaulio vandenyno regiono. Duomenys buvo gauti iš tokių šaltinių kaip vandenyno ekspedicijos ir stebėjimo platformos, esančios jūroje.

Dėl šiuolaikinių technologijų, tokių kaip aplinkos DNR (eDNR) analizė, tapo lengviau ieškoti naujų rūšių ir atrasti, kurie žinomi organizmai kur gali būti rasti. Tačiau vargu ar išvis žinoma, kokius ypatingus efektus suteikia jūrų mikroorganizmai – kitaip tariant, kokius cheminius junginius jie sudaro, kurie yra svarbūs organizmų sąveikai. Geriausiu atveju tokie junginiai būtų naudingi ir žmonėms. Tyrimo pagrindas yra prielaida, kad vandenyno mikrobiomas turi didelį potencialą natūraliems produktams, kurie gali būti naudingi, pavyzdžiui, dėl jų antibiotinių savybių.

Mėginiuose esančią išskirtą eDNR sekvenavo pirminiai įvairių ekspedicijų tyrinėtojai. Kompiuteryje atkūrus ištisus genomus, mokslininkams pavyko iššifruoti užkoduotą informaciją – baltymų brėžinius. Galiausiai, jie sujungė šiuos naujus duomenis kartu su esamais 8500 jūrų mikroorganizmų genomo duomenų rinkiniais vienoje duomenų bazėje.

Tai suteikė jiems 35 000 genomų, kuriais jie galėjo remtis ieškant naujų mikrobų rūšių ir ypač perspektyvių biosintetinių genų grupių (BGC). BGC yra genų grupė, kuri suteikia natūralaus produkto sintetinį kelią.

Atrastos naujos rūšys ir naujos molekulės

Šiuose genomo duomenyse mokslininkai aptiko ne tik daug potencialiai naudingų BGC – iš viso apie 40 000 – bet ir anksčiau neatrastų bakterijų rūšių, priklausančių Eremiobacterota prieglobsčiui. Buvo žinoma, kad ši bakterijų grupė egzistuoja tik antžeminėje aplinkoje ir neturėjo jokios ypatingos biosintetinės įvairovės.

Sunagawa ir jo komanda pavadino naują šių bakterijų šeimą Eudoremicrobiaceae, taip pat sugebėjo įrodyti, kad šios bakterijos yra dažnos ir plačiai paplitusios: viena šiai šeimai priklausanti rūšis, Eudoremicrobium malaspinii, sudaro iki 6 procentų visų tam tikrose bakterijų. vandenyno plotai.

„Giminės vandenyne turi tai, kas bakterijoms yra milžiniškas genomas. Visiškai jį iššifruoti buvo techniškai sudėtinga, nes organizmai anksčiau nebuvo auginami“, – sako Sunagawa. Be to, paaiškėjo, kad naujosios bakterijos priklauso mikroorganizmų grupei, kuri gali pasigirti didžiausia BGC įvairove iš visų tirtų mėginių. „Šiuo metu jie yra biosintetiškai pati įvairiausia šeima vandenyno vandens storymėje“, – sako jis. Tyrėjai išsamiai ištyrė du Eudoremicrobiaceae BGC. Vienas iš jų buvo genų klasteris, turintis genetinį kodą fermentams, kurie, pasak Sunagawa, niekada anksčiau nebuvo aptikti šiame bakterijų BGC žvaigždyne. Kitas nagrinėtas pavyzdys buvo bioaktyvus natūralus produktas, kuris slopina proteolitinį fermentą.

Eksperimentų patvirtinimas sukėlė staigmeną

Bendradarbiaudami su Jörn Piel vadovaujama grupe, mokslininkai naudojo eksperimentus, kad patvirtintų abiejų natūralių produktų struktūrą ir funkcijas. Kadangi E. malaspinii nebuvo galima kultivuoti, Piel komanda turėjo įskiepyti genus į bakterijų modelį, kad jie veiktų kaip natūralių produktų brėžiniai. Tada ši bakterija gamino atitinkamas medžiagas. Galiausiai mokslininkai išskyrė molekules iš ląstelių, nustatė struktūrą ir patvirtino biologinį aktyvumą.

Tai buvo būtina, nes vienu atveju kompiuterinių programų prognozuojamas fermentinis aktyvumas neatitiko eksperimentų rezultatų. „Kompiuterinės prognozės, kokias chemines reakcijas sukels fermentas, turi savo apribojimų“, – sako Sunagawa. „Štai kodėl tokios prognozės turi būti patvirtintos laboratorijoje, jei kyla kokių nors abejonių.“

Tai brangus ir daug laiko reikalaujantis darbas, kuris tiesiog neperspektyvus 40 000 potencialių natūralių produktų duomenų bazėje. „Tačiau mūsų duomenų bazėje yra daug ką pasiūlyti, ir ji yra prieinama visiems tyrinėtojams, kurie nori ja naudotis“, – sako Sunagawa.

Be nuolatinio bendradarbiavimo su Piel grupe, siekiant atrasti naujus natūralius produktus, Sunagawa nori ištirti neišspręstus vandenynų mikroorganizmų evoliucijos ir ekologijos klausimus. Tai apima mikroorganizmų pasklidimą vandenyne, nes jie gali plisti dideliais atstumais tik pasyviai. Jis taip pat nori išsiaiškinti, kokią ekologinę ar evoliucinę naudą mikrobams sukuria tam tikri genai. Sunagawa įtaria, kad BGC gali atlikti svarbų vaidmenį.

Istorijos šaltinis:

Pateiktos medžiagos ETH Ciurichas. Originalą parašė Peter Rüegg. Pastaba: turinys gali būti redaguojamas pagal stilių ir ilgį.

.

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas.