Ученые призывают к амбициозной программе по изучению микробиомов Земли
Консорциум из 48 ученых из 50 учреждений США призвал к масштабным исследованиям для понимания и использования микробиомов — сообществ микроорганизмов в таких экосистемах, как кишечник человека и океан. Цель — улучшение здоровья человека, сельского хозяйства, биоэнергетики и состояния окружающей среды.
Их предложение, опубликованное 30 октября в журнале Science, призывает к крупному исследовательскому проекту по разработке новых инструментов и сотрудничеств для раскрытия секретов микробных сообществ Земли.
"Микробиомы поддерживают жизнь на нашей планете и являются лабораториями новизны, «зеленой» химии и меняющих жизнь фармацевтических препаратов", — сказал Джефф Ф. Миллер, автор статьи. — "Понимание их работы может стать ключом к прогрессу в самых разных областях: от борьбы с устойчивостью к антибиотикам и аутоиммунными заболеваниями до восстановления истощенных сельхозугодий, сокращения использования удобрений и пестицидов и преобразования солнечного света в полезные химические вещества".
Группа исследователей, названная Unified Microbiome Initiative Consortium (UMIC), стремится к качественному сдвигу в исследованиях микробиомов. Ученые уже достигли прогресса в каталогизации организмов. Теперь необходимо выяснить функцию отдельных микробов в каждом сообществе и то, как эти виды взаимодействуют друг с другом, своими хозяевами и окружающей средой. UMIC призывает инвестировать в новые исследовательские инструменты и междисциплинарное сотрудничество, чтобы однажды научиться предсказывать и управлять поведением микробиомов.
Консорциум, объединивший ведущих микробиологов, экологов, физиков и инженеров, сформировался в ходе серии встреч, организованных Управлением по научно-технической политике Белого дома и Фондом Кавли.
"Ключом к этому усилию станет интеграция различных областей для создания новых экспериментальных инструментов и исследовательских партнерств. Мы считаем, что творческие искры возникают, когда мы объединяем людей, работающих на стыке дисциплин", — сказала Мён Чун, исполнительный вице-президент Фонда Кавли.
Микробиомы — это экосистемы одноклеточных организмов (бактерий, архей, грибов, простейших, водорослей, планктона) и вирусов. Они создали нашу богатую кислородом атмосферу и плодородные почвы. Например, 100 триллионов микробов в кишечнике человека критически важны для нашего здоровья.
Микробиомы чрезвычайно сложны. Несколько граммов почвы могут содержать десятки или даже сотни тысяч видов микробов, взаимодействующих друг с другом, что крайне затрудняет их изучение и контроль.
Однако благодаря достижениям в таких областях, как геномика, микробиомы начали раскрывать свои секреты. Например, если несколько десятилетий назад ученые признавали менее 10 бактериальных типов (phyla), то сегодня их число, по оценкам, приближается к 1000. Для сравнения: все многоклеточные животные в мире составляют лишь несколько десятков типов.
"Чтобы выйти за рамки каталогизации, нам понадобятся новые инструменты для быстрого определения функции микробных генов, мониторинга химических веществ, которые микробы используют для общения, и новые способы визуализации и моделирования этих взаимодействий", — сказал Эоин Броди, соавтор предложения. — "Нам также нужны лучшие способы тестирования функций разных микробов внутри микробиома... методы выборочного удаления или подавления конкретных микробов в сетях, чтобы определить их роль".
Консорциум считает, что многих из этих целей можно достичь в течение 10 лет.
Unified Microbiome Initiative призывает к значительному прогрессу в пяти областях:
- Понимание связи между генами в микробиоме и их функцией.
- Определение, какие гены связаны с какими организмами.
- Создание инструментов для детального изучения поведения микробов в их естественной среде.
- Разработка лучших способов управления данными и их использования для прогнозирования поведения микробиома.
- Создание методов проведения контролируемых экспериментов над микробиомами для проверки гипотез.
Инициатива будет сосредоточена в США, но авторы призывают к международному сотрудничеству для постановки исследовательских целей, разработки протоколов и стандартов данных, а также совместного использования передовых объектов.
В связанной статье, опубликованной одновременно в журнале Nature, три известных исследователя призывают к International Microbiome Initiative, которая дополнила бы работу американской программы.
"За последние 20 лет новые технологии изменили наше понимание важнейшей роли микробов на нашей планете. Unified Microbiome Initiative разработает революционные инструменты и исследовательские группы, необходимые нам для использования силы этих сообществ", — заключила Чун.