در 20 سال گذشته، دانشمندان به میزان قابل توجهی میزان ژنوم های میکروبی جمع آوری شده از اقیانوس ها را افزایش داده اند که می تواند به رفع چالش های بزرگی مانند کمبود آنتی بیوتیک، راه حل های آلودگی پلاستیکی و ویرایش ژنوم کمک کند. با این حال، استفاده از اطلاعات ژنوم میکروبی در بیوتکنولوژی و پزشکی همیشه دشوار بوده است.
در یک مطالعه جدید منتشر شده در نیچر با عنوان "تنوع میکروبی دریایی جهانی و پتانسیل آن در اکتشاف زیستی"، به رهبری مرکز تحقیقات ژنومیک BGI در چین، با همکاری دانشگاه شاندونگ، دانشگاه شیامن، دانشگاه اقیانوس چین، دانشگاه کپنهاگ در دانمارک، و دانشگاه East Anglia در بریتانیا، محققان ژنوم نزدیک به 43200 میکروارگانیسم (باکتری ها، باستانی ها) را از نمونه های دریایی تجزیه و تحلیل کردند و تنوع گسترده ای را در 138 جمعیت مختلف کشف کردند. آنها بینش جدیدی در مورد چگونگی تکامل اندازه ژنوم ارائه می دهند، مانند اینکه چگونه میکروارگانیسم های دریایی سیستم CRISPR Cas (بخشی از دفاع ایمنی آنها) را با ژن های مقاومت آنتی بیوتیکی متعادل می کنند. بسیاری از این ژن ها توسط آنتی بیوتیک ها برای کمک به زنده ماندن میکروارگانیسم ها فعال می شوند.
سیستم CRISP Cas و ژن های مقاومت آنتی بیوتیکی نیز بخشی از سیستم ایمنی باکتری ها هستند. تیم تحقیقاتی با استفاده از روشهای کامپیوتری، یک سیستم جدید CRISPR-Cas9 و 10 پپتید ضد میکروبی را کشف کردند که یکی دیگر از اجزای مهم سیستم ایمنی در موجودات مختلف است.
آنتی بیوتیک ها شامل آنتی بیوتیک ها، داروهای ضد ویروسی، داروهای ضد قارچ و داروهای ضد انگلی، داروهایی هستند که برای پیشگیری و درمان عفونت در انسان، حیوانات و گیاهان استفاده می شوند. بر اساس گزارش سازمان بهداشت جهانی، شیوع روزافزون مقاومت دارویی ناشی از مصرف بیش از حد برخی داروها، خطری برای پیشگیری و درمان موثر تعداد فزاینده عفونتها است و جستجوی انواع جدید را ضروری میسازد.
تیم تحقیقاتی همچنین سه آنزیم را کشف کردند که می توانند پلاستیک معمولی را که اقیانوس ها را آلوده می کند، تجزیه کنند - پلی اتیلن ترفتالات (PET) که یکی دیگر از مسائل مهم زیست محیطی و بهداشتی است. آزمایشهای آزمایشگاهی نتایج تحقیقات متاژنومیکس دریایی را تایید کردهاند که نشاندهنده کاربردی بودن بالقوه آن است.
توماس موک، پروفسور میکروبیولوژی دریایی در دانشکده علوم محیطی، دانشگاه آنگلیا شرقی، اظهار داشت که "این کار زمینه متاژنومیکس دریایی را به "سطح جدیدی" می برد. این مطالعه نشان می دهد که چگونه توالی متاژنومیکی در مقیاس بزرگ میکروبیوم دریایی می تواند به ما در درک تنوع میکروبی دریایی و الگوهای تکاملی آن کمک کند و راه های جدیدی برای به کارگیری این دانش در بیوتکنولوژی و پزشکی پیدا کنیم.
اقیانوس بزرگترین و مهمترین اکوسیستم روی زمین است و برهمکنشهای بین میکروارگانیسمهای دریایی و محیط آنها اساس فرآیندهایی مانند تثبیت کربن و چرخه مواد مغذی در مقیاس جهانی است. این فعل و انفعالات به زیست پذیری زمین کمک می کند. عواملی مانند شوری، تغییرات دما، در دسترس بودن نور و اختلاف فشار از سطح تا بستر دریا، از قطب ها تا مناطق استوایی، فشار انتخاب منحصر به فردی را ایجاد می کنند که بر سازگاری و تکامل همزمان میکروارگانیسم های دریایی تأثیر می گذارد.
بر اساس این بینش، محققان از کتابخانه ژنوم میکروبی دریایی بازیابی شده از metagenomics به عنوان یک منبع کلیدی برای استخراج ژنوم و اکتشافات بیولوژیکی استفاده می کنند که امکان کشف ابزارهای ژنتیکی جدید و ترکیبات زیست فعال را فراهم می کند.
این دادهها محیطهای دریایی مختلف در سراسر جهان، از مناطق قطبی گرفته تا مناطق قطبی، از سطح دریا تا عمیقترین گودالها را پوشش میدهند. این مطالعه با ایجاد یک پایگاه داده جدید در دسترس عموم، که شامل حدود 24200 مجموعه ژن در سطح گونه است، به طور قابل توجهی درک مردم از میکروبیوم دریایی را بهبود می بخشد.
محققان اظهار داشتند: "اگرچه مطالعات قبلی بینش های اولیه در مورد نقش سیستم های اقیانوسی در حفظ تنوع زیستی ارائه کرده است، این مطالعه جدید نه تنها بر اساس اکتشافات قبلی است، بلکه فرصت های جدیدی را برای اکتشاف و استفاده پایدار از اقیانوس فراهم می کند. با استفاده از یادگیری عمیق. استخراج ژنومی میکروبیوتای دریایی، همراه با آزمایشهای آزمایشگاهی بیوشیمیایی و بیوفیزیکی، پتانسیل عظیمی را برای مقابله با چالشهای جهانی مانند کمبود آنتیبیوتیک و آلودگی اقیانوسها نشان میدهد ترویج پایداری زیست محیطی
