Новая база данных предоставляет обширный массив генетической информации о крошечных одноклеточных организмах в океане

Океан содержит ошеломляющее разнообразие микроскопической жизни. Многие из мельчайших организмов сложно изучать или даже идентифицировать под микроскопом. Поэтому учёные часто анализируют гены этих микробов, чтобы понять их родственные связи и роль в океане. Такой геномный анализ обычно включает поиск в крупных базах данных для сравнения генетического материала одного микроба с другими.

К сожалению, существующие базы данных крайне неполны в отношении океанических микробов. Геномы некоторых морских бактерий секвенированы и каталогизированы, но многие другие группы организмов отсутствуют.

Чтобы помочь решить эту проблему, микробиолог MBARI Александра Ворден недавно участвовала в создании новаторской базы данных, предоставляющей обширную информацию об огромной, но малоизученной группе морских микробов — «микробных эукариотах». В июне 2014 года Ворден и несколько десятков других исследователей описали результаты своего «Проекта по секвенированию транскриптомов морских микробных эукариот» (MMETSP) в статье в PLOS Biology.

Эукариоты — чрезвычайно разнообразная группа, включающая всё — от людей до крошечных водорослей размером менее одной тысячной миллиметра. Эти организмы объединены тем, что их клетки имеют чётко определённые внутренние структуры (органеллы). Бактерии, в отличие от них, лишены таких структур.

Возможно, из-за своего разнообразия мельчайшие эукариоты океана изучены слабо. Даже крошечные эукариоты имеют большие и сложные геномы по сравнению с бактериями. Поскольку секвенирование этих геномов требует много времени и усилий, большинство секвенированных эукариот имеют биомедицинское или сельскохозяйственное значение — это животные, растения, грибы и паразиты, поражающие растения и животных.

К сожалению, геномы животных, растений и наземных грибов не очень полезны для морских микробиологов, поскольку они биологически сильно отличаются от большинства морских микробных эукариот. Хотя существуют крупные базы данных генетической информации о морских бактериях, до сих пор не было базы данных, охватывающей хотя бы часть морских микробных эукариот.

Чтобы избежать дорогостоящего и трудоёмкого процесса секвенирования геномов сотен морских микробных эукариот, исследователи использовали более быстрый и простой метод для получения обзора их генетического кода. Вместо секвенирования ДНК организмов они секвенировали mRNA — частичную копию ДНК, которая служит чертежом для текущей биохимической активности в клетке. Результатом стал «транскриптом» для каждого микроба, содержащий только тот генетический материал, который использовался («экспрессировался») этой популяцией микробов в конкретный момент времени. Транскриптомы, как правило, намного меньше и проще геномов и содержат меньше дублированного генетического материала.

Исследователи со всего мира вырастили культуры более 650 микробных эукариот и отправили выделенную RNA в секвенирующий центр по контракту MMESTP, который секвенировал транскриптом для каждого. Получившаяся база данных включает некоторых из самых распространённых и экологически важных микробных эукариот океана — организмы, которые поддерживают мировое рыболовство, поставляют кислород и поглощают углекислый газ из атмосферы Земли.

База данных значительно расширяет объём общедоступной генетической информации о многих распространённых морских организмах. Например, среди динофлагеллят (распространённых морских водорослей) геном секвенирован только у одного вида в одной подгруппе. Но новая база данных содержит транскриптомы для около 47 видов в десяти различных подгруппах. Она также включает транскриптомы для нескольких микробов, чей генетический материал ранее вообще не изучался.

Поскольку эта база данных бесплатна для всех исследователей и содержит подробную информацию о столь многих различных типах организмов, Ворден и её соавторы предсказывают, что она «окажет далеко идущее влияние за пределами области морских наук». Они добавляют: «Опыт показал, что такие данные могут обеспечить платформу, необходимую для преобразования нашего понимания базовой биологии и функций этих организмов».

Например, анализируя информацию в базе данных MMETSP, учёные смогут выяснить эволюционные отношения между основными группами эукариот, как одноклеточных, так и многоклеточных, чьё происхождение плохо известно. Эта информация также может привести к прорывам в понимании экологии морских микробов — как они взаимодействуют с окружающей средой и друг с другом, а также к пониманию эволюции наземных эукариот.

Авторы завершают свою статью на оптимистичной ноте, написав: «Мы с нетерпением ждём многих творческих анализов и результатов, которые станут возможными благодаря MMETSP и умам более широкого научного сообщества».