Геномы 24 000 ранее неизвестных микробов раскрыты новыми инструментами

Исследователи из Технологического университета Квинсленда (QUT) восстановили геномы более 24 000 ранее неизвестных видов микроорганизмов, некоторые из которых принадлежат к совершенно новым ветвям древа жизни, вероятно, эволюционировавшим до появления растений и животных. Результаты описаны в двух статьях, опубликованных в журналах Nature Biotechnology и Nature Methods.

Доцент Бен Вудкрофт из Центра исследования микробиома QUT отметил, что микробные сообщества бактерий и архей играют жизненно важную роль в поддержании всей жизни на Земле.

Несмотря на десятилетия исследований, более 99% видов микробов остаются неизвестными.

Метагеномика и поиск новой жизни

Ключевым инструментом является «метагеномика», когда данные последовательности ДНК извлекаются непосредственно из образцов окружающей среды. Сложность заключается в обработке данных и сборке коротких фрагментов ДНК в полные геномы.

Чтобы сократить этот разрыв, исследователи разработали два программных инструмента для идентификации и анализа неизвестных микробов в метагеномных данных.

Новые программные инструменты обнаруживают скрытые виды

Первый инструмент, SingleM, быстро сканирует микробный образец и идентифицирует присутствующие организмы, включая виды, кардинально отличающиеся от всех известных. Применение SingleM к более чем 700 000 общедоступных метагеномных наборов данных показало, что около 75% клеток в образцах окружающей среды принадлежат неизвестным видам.

Второй инструмент, Bin Chicken, более глубоко анализирует перспективные образцы для реконструкции полных геномов ранее не охарактеризованных микробов. Он был назван в честь австралийского белого ибиса, который роется в мусорных баках в поисках пищи, — аналогично тому, как инструмент «роется» в общедоступных метагеномных данных.

С помощью Bin Chicken было реконструировано 24 000 новых микробных геномов, включая несколько из совершенно новых ветвей древа жизни. Эти линии, вероятно, эволюционировали до растений и животных и помогают лучше понять раннюю эволюцию жизни.

Значение для климата, биотехнологий и будущих исследований

Расширенный геномный каталог уже раскрывает новые данные о глобальных экосистемах. Микроорганизмы играют центральную роль в изменении климата, являясь крупнейшими производителями метана на Земле. Новые геномы интегрируются в климатическое моделирование и эволюционные исследования. Они также имеют широкое значение для биотехнологий и медицинских исследований.

Исследование также предоставило возможности для нового поколения учёных. Студент QUT Джошуа Митчелл разработал методы на основе ИИ для прогнозирования характеристик образцов, например, происходят ли микробы от человека-хозяина, и начал PhD для продолжения этой работы.