Крупнейшее исследование ДНК океана создало всеобъемлющий каталог морских микробов
Океан — крупнейшая среда обитания на планете, но большая часть его биоразнообразия остаётся неизвестной. Исследование, опубликованное в Frontiers in Science, сообщает о создании самой большой и всеобъемлющей базы данных морских микробов на сегодняшний день, сопоставленной с биологической функцией, местоположением и типом среды обитания.
«Каталог KMAP Global Ocean Gene Catalog 1.0 — это прорыв в понимании всего разнообразия океана. Он содержит более 317 миллионов групп генов от морских организмов по всему миру», — заявила ведущий автор Элиза Лайоло из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии. Каталог сосредоточен на морских микробах, которые сильно влияют на жизнь людей через их воздействие на здоровье океана и климат Земли.
«Каталог находится в свободном доступе через платформу KAUST Metagenomic Analysis Platform (KMAP)», — добавил старший автор исследования профессор Карлос Дуарте. Учёные могут удалённо получить к нему доступ, чтобы исследовать работу различных экосистем океана, отслеживать влияние загрязнения и глобального потепления, а также искать биотехнологические применения, такие как новые антибиотики или способы разложения пластиков.
Достижение технологических инноваций и научного сотрудничества
Создание полного атласа океанической жизни было затруднено, поскольку большинство морских организмов нельзя изучать в лаборатории. Появление технологий секвенирования ДНК позволило идентифицировать организмы напрямую из морской воды и донных отложений.
«Поскольку у каждого вида свой набор генов, мы можем определить, какие организмы находятся в образце океана, анализируя его генетический материал», — пояснила Лайоло. Это стало возможным в больших масштабах благодаря двум технологическим достижениям:
- Огромное увеличение скорости и снижение стоимости секвенирования ДНК.
- Развитие огромной вычислительной мощности и технологий искусственного интеллекта для анализа миллионов последовательностей.
Команда использовала KMAP для сканирования последовательностей ДНК из 2102 океанских проб, взятых на разных глубинах и в разных точках мира. Эта инфраструктура выявила 317,5 миллионов групп генов, из которых более половины можно классифицировать по типу организма и функции гена. Сопоставление этой информации с местоположением пробы и типом среды обитания даёт беспрецедентные данные о том, какие микробы где живут и что делают.
«Это достижение отражает критическую важность открытой науки», — сказал Дуарте. Создание каталога стало возможным благодаря глобальным экспедициям по сбору проб и открытому доступу к их ДНК в European Nucleotide Archive.
Богатство научных и промышленных применений
Каталог уже выявил разницу в микробной активности в толще воды и на дне океана, а также неожиданно большое количество грибов, живущих в «сумеречной» мезопелагической зоне. Эти и другие данные помогут понять, как микробы в разных средах обитания формируют экосистемы, влияют на здоровье океана и климат.
Каталог также служит базой для отслеживания воздействия человека (загрязнения, глобального потепления) на морскую жизнь. Он предлагает богатый генетический материал для поиска новых генов, которые можно использовать в разработке лекарств, энергетике и сельском хозяйстве.
На пути к глобальному океанскому геному
Каталог KMAP Ocean Gene Catalog 1.0 — это первый шаг к созданию атласа глобального океанского генома, который задокументирует каждый ген каждого морского вида в мире.
«Наш анализ подчёркивает необходимость продолжать отбор проб в океанах, уделяя особое внимание недостаточно изученным областям, таким как глубокое море и дно океана. Кроме того, поскольку океан постоянно меняется, каталог будет нуждаться в постоянном обновлении», — сказала Лайоло.
Дуарте предупреждает, что, несмотря на очевидную пользу, будущее каталога неопределённо. Основное препятствие — статус международного законодательства о распределении выгод от открытий, сделанных в международных водах.
«Хотя Договор об открытом море 2023 года предлагает некоторые решения, он может непреднамеренно препятствовать исследованиям, снижая стимулы для инвестиций компаний и правительств. Такую неопределённость необходимо разрешить, теперь, когда генетические технологии и ИИ могут открыть беспрецедентные инновации в "голубой" биотехнологии», — заключил он.