Ученые заставили скрытных микроорганизмов выделиться из толпы
Морские микробные сообщества, составляющие половину биомассы океанов и ответственные за половину мировой фотосинтеза, в основном остаются загадкой. Геномы описаны лишь у нескольких обильных групп, а природа и функции остальных остаются таинственными.
Ученые из Вашингтонского университета усовершенствовали метод, позволивший им выделить морской микроорганизм и картировать его геном, даже несмотря на то, что этот организм составлял менее 10% образца воды, кишащего миллионами особей из десятков идентифицируемых групп микробов.
Обычно исследователям приходилось изолировать организм и культивировать его в лаборатории, прежде чем приступить к расшифровке его генома.
"Мы сделали наоборот", — сказал Вон Айверсон, докторант Вашингтонского университета по океанографии и ведущий автор статьи в журнале Science от 2 февраля.
"Мы взяли образец из окружающей среды, не пытаясь изолировать какие-либо организмы в лабораторных условиях, и вместо этого извлекли ДНК из всего, что было в образце", — пояснил он. "Это метод, известный как метагеномика. Инновация UW заключалась в разработке вычислительных методов для одновременного секвенирования всех частей и последующей реконструкции выбранного генома".
Исследователи определили геном представителя морской группы II Euryarchaeota, что не удавалось ученым с момента первого обнаружения этих микроорганизмов около десяти лет назад. Они широко распространены в мировом океане, поэтому биологи предполагают, что они выполняют какую-то важную функцию, сказала Вирджиния Армбруст, профессор океанографии UW и автор-корреспондент статьи в Science.
Полученный геном намекает, что Euryarchaeota могут служить своего рода "командой по очистке" после цветения и гибели диатомовых водорослей, другого океанического микроорганизма.
"Океанические микроорганизмы являются регуляторами крупных биогеохимических циклов, поэтому нам необходимо понимать различных членов этих сообществ", — сказала Армбруст.
Геном также прояснил происхождение гена, который позволяет морской группе II Euryarchaeota, а также многим морским бактериям, получать энергию непосредственно от солнечного света, без участия фотосинтеза.
Подход, предложенный командой UW, полезен не только для изучения микроорганизмов в океанах, но и для тех, что обнаружены в почвах, водорослевых сообществах с потенциалом для биотоплива, или для понимания новых штаммов устойчивых к антибиотикам бактерий, угрожающих здоровью человека или животных, сказал Айверсон. Подход UW требует меньше времени и денег.
"Если микробиологи могут получить ДНК напрямую и секвенировать ее без необходимости культивирования, это большое преимущество".
Предыдущие методы позволяли ученым реконструировать геном организма, только если он составлял треть или более образца. Команда UW показала, как построить геном морской группы II Euryarchaeota, даже несмотря на то, что он составлял всего 7% клеток, обнаруженных в 100 литрах воды из залива Пьюджет-Саунд недалеко от Сиэтла.
"Теперь вы можете позволить себе изучать вещи, которые составляют гораздо меньшую долю вашего общего образца", — сказал Айверсон. "Вот что действительно ново — собрать геном организма, который не близок ни к чему известному, поэтому нет шаблонов или ссылок для работы, и различить организмы, составляющие менее 10% образца из сложного сообщества".