Ученые используют метагеномику для открытия тысяч новых морских микроорганизмов

Исследователи из Университета Южной Калифорнии (USC Dornsife) используют метагеномику — метод прямого анализа микробной ДНК из проб океанской воды — для реконструкции геномов бактерий, которые невозможно культивировать в лаборатории. Более 99% морских бактерий не растут в искусственных условиях.

Команда под руководством Джона Хайдельберга и Бена Талли работает с данными экспедиции Tara Oceans, крупнейшего в мире набора данных о морских микробах. Процесс похож на попытку восстановить одну статью в Википедии, имея все слова из всех статей, перемешанные в одной шапке. "Слова" — это гены, а "предложения" — генетические последовательности.

Для анализа данных ученые разработали открытый вычислительный инструмент "BinSanity". Он идентифицирует в наборе данных паттерны, соответствующие известным геномным последовательностям, и организует их в отдельные "бины". Небольшое отличие от известных последовательностей может указывать на новый организм.

До этого исследования было известно около 3500 геномов морских организмов. Благодаря работе команды USC Dornsife это число превысило 6000.

Особый интерес представляет открытие новой группы бактерий. В океане есть организмы, осуществляющие фотосинтез, и фототрофы, которые используют свет только для получения энергии. Ученые обнаружили геномы, указывающие на существование третьей группы, способной и использовать свет как энергию, и фиксировать углерод из соединений океана. Такая двойная активность ранее не обнаруживалась в океанах.

"Мы смогли представить научному сообществу эту новую группу организмов, которые, судя по всему, соединяют эти две сферы ранее не связанной биологии", — сказал Талли.

Для подтверждения открытия используются новые пробы, собранные аспиранткой Элайной Грэм в тех же районах, что и экспедиция Tara Oceans. Ученые полагают, что эти микробы потребляют определенные соединения серы. В лаборатории Грэм добавляет серосодержащие химические добавки, чтобы стимулировать их рост.

"Когда мы добавляем эти определенные соединения серы, это вызывает изменение биомассы", — говорит она. Используя молекулярные инструменты, можно определить, связано ли это увеличение биомассы с размножением целевых микробов.

Если ученым удастся вырастить эти микробы в лаборатории, это откроет новую главу в морской микробиологии.