Изучение экстремофильного «микробного темного вещества»

Геномы из новых линий бактерий и архей в экстремальных средах стали доступны благодаря таким методам, как метагеномика и геномика одиночных клеток.

Применение геномики одиночных клеток и метагеномики к некультивируемым микроорганизмам в экстремальных средах позволило исследователям получить представление об истинном масштабе микробного разнообразия на планете и вокруг нее. Эти открытия могут привести к применению в ряде областей — от биоэнергетики до биоремедиации.

Чтобы больше узнать об истинном масштабе микробного разнообразия, Объединенный институт генома Министерства энергетики США (DOE JGI) применяет геномику одиночных клеток и метагеномику к некультивируемым микроорганизмам. Метагеномика позволяет изучать некультивируемое микробное сообщество и понимать, как микробы взаимодействуют друг с другом. В свою очередь, геномика одиночных клеток позволяет исследовать некультивируемые микробы на уровне генома, даже если доступной ДНК недостаточно для более традиционных подходов.

Учитывая широкий спектр сред, в которых обитают микробы — от очень горячих до очень холодных и от пресноводных до очень соленых экосистем, — понимание того, как природа адаптировалась к таким условиям, может быть полезно для множества потенциальных промышленных и медицинских применений.

В обзорной статье, опубликованной 12 августа 2014 года в журнале Extremophiles, исследователи из Университета Невады в Лас-Вегасе (UNLV) и DOE JGI рассматривают ключевые исследования, демонстрирующие, как применение геномики одиночных клеток и метагеномики, особенно в тандеме, помогло пролить свет на микробные ветви древа жизни.

Например, команда выделяет одно из пионерских метагеномных исследований, проведенное в сотрудничестве DOE JGI с Джилл Бэнфилд из Калифорнийского университета в Беркли, по секвенированию экстремофилов, изолированных с объекта Суперфонда Агентства по охране окружающей среды США на горе Айрон в Калифорнии.

Другой пример сосредоточен на работе, представленной в рамках проекта DOE JGI «Геномная энциклопедия бактерий и архей — микробное темное вещество». Среди множества образцов, собранных по всему миру, команда UNLV отметила свой собственный вклад в проект. Они указали, что одиночные клетки, изолированные из трех осадочных участков в Большом Кипящем Источнике в Неваде, привели к открытию нескольких кандидатных видовых групп, которые могут играть роль в циклах углерода, азота и серы.

«Сейчас самое подходящее время для применения существующих подходов метагеномики и геномики одиночных клеток для доступа к геномам новых микроорганизмов, — написали авторы. — Несмотря на быстрые и ценные достижения в подходах, независимых от культивирования, мы считаем, что культивирование, основанное на данных геномики, является одним из наиболее ценных результатов геномного исследования некультивируемых линий».