Za posledných 20 rokov vedci výrazne zvýšili množstvo mikrobiálnych genómov zozbieraných z oceánu, čo môže pomôcť riešiť veľké problémy, ako je nedostatok antibiotík, riešenia znečistenia plastmi a úprava genómu. Vždy však bolo ťažké aplikovať informácie o mikrobiálnom genóme do biotechnológie a medicíny.
V novej štúdii publikovanej v Nature s názvom „Globálna morská mikrobiálna diverzita a jej potenciál v bioprospektovaní“, ktorú vedie Výskumné centrum genomiky BGI v Číne v spolupráci s Shandong University, Xiamen University, Ocean University of China, University of Copenhagen v Dánsku, a University of East Anglia vo Veľkej Británii výskumníci analyzovali genómy takmer 43 200 mikroorganizmov (baktérie, archaea) z morských vzoriek a objavili rozsiahlu diverzitu v 138 rôznych populáciách. Poskytujú nové poznatky o tom, ako sa vyvíja veľkosť genómu, napríklad ako morské mikroorganizmy vyrovnávajú systém CRISPR Cas (časť ich imunitnej obrany) s génmi rezistencie na antibiotiká. Mnohé z týchto génov sú aktivované antibiotikami, aby pomohli mikroorganizmom prežiť.
Systém CRISP Cas a gény rezistencie na antibiotiká sú tiež súčasťou imunitného systému baktérií. Pomocou počítačových metód výskumný tím objavil nový systém CRISPR-Cas9 a 10 antimikrobiálnych peptidov, ktoré sú ďalšou dôležitou zložkou imunitných systémov v rôznych organizmoch.
Antibiotiká, vrátane antibiotík, antivírusových liekov, antifungálnych liekov a antiparazitík, sú lieky používané na prevenciu a liečbu infekcií u ľudí, zvierat a rastlín. Rastúca prevalencia liekovej rezistencie spôsobená nadmerným užívaním niektorých liekov podľa Svetovej zdravotníckej organizácie predstavuje hrozbu pre účinnú prevenciu a liečbu čoraz väčšieho počtu infekcií, a preto je potrebné hľadať nové typy.
Výskumný tím tiež objavil tri enzýmy, ktoré dokážu rozložiť bežný plast, ktorý znečisťuje oceán – polyetyléntereftalát (PET), čo je ďalší veľký environmentálny a zdravotný problém. Laboratórne experimenty potvrdili výsledky výskumu morskej metagenomiky, čo naznačuje jej potenciálnu praktickosť.
Thomas Mock, profesor morskej mikrobiológie na School of Environmental Sciences, University of East Anglia, uviedol, že "táto práca posúva oblasť morskej metagenomiky na "novú úroveň". Táto štúdia poukazuje na to, ako rozsiahle metagenomické sekvenovanie morského mikrobiómu nám môže pomôcť pochopiť morskú mikrobiálnu diverzitu a jej evolučné vzorce a nájsť nové spôsoby, ako tieto poznatky aplikovať v biotechnológii a medicíne.
Oceán je najväčší a najdôležitejší ekosystém na Zemi a interakcie medzi morskými mikroorganizmami a ich prostredím sú základom procesov, ako je fixácia uhlíka a kolobeh živín v globálnom meradle. Tieto interakcie prispievajú k životaschopnosti Zeme. Faktory ako slanosť, teplotné zmeny, dostupnosť svetla a tlakové rozdiely od povrchu po morské dno, od pólov po trópy, vytvárajú jedinečné selekčné tlaky, ktoré ovplyvňujú adaptáciu a koevolúciu morských mikroorganizmov.
Na základe týchto poznatkov výskumníci používajú knižnicu morského mikrobiálneho genómu získanú z metagenomiky ako kľúčový zdroj pre ťažbu genómu a biologický prieskum, ktorý umožňuje objavovanie nových genetických nástrojov a bioaktívnych zlúčenín.
Tieto údaje pokrývajú rôzne morské prostredia na celom svete, od polárnych oblastí po polárne oblasti, od hladiny mora až po najhlbšie priekopy. Táto štúdia výrazne zlepšuje porozumenie ľudí morskému mikrobiómu vytvorením novej verejne dostupnej databázy, ktorá obsahuje približne 24 200 génových súborov na úrovni druhov.
Vedci uviedli: "Aj keď predchádzajúce štúdie poskytli predbežné poznatky o úlohe oceánskych systémov pri udržiavaní biodiverzity, táto nová štúdia nielenže stavia na predchádzajúcich objavoch, ale poskytuje aj nové príležitosti na udržateľný prieskum a využívanie oceánu. Pomocou hlbokého učenia sa ťažba morskej mikroflóry založená na genóme v kombinácii s biochemickými a biofyzikálnymi laboratórnymi experimentmi, pokrok v tejto práci ukazuje obrovský potenciál na riešenie globálnych problémov, ako je nedostatok antibiotík a znečistenie oceánov podpora environmentálnej udržateľnosti.
