В 2012 году журнал Nature опубликовал серию статей, в которых говорилось, что в организме человека обитают тысячи различных видов микробов. Это открытие проложило путь к пониманию влияния микробиома человека на наше здоровье. В статье, опубликованной в журнале Nature, представлено 800 000 микробных геномов, идентифицировано 500 новых видов бактерий и 300 000 различных вирусов в водах Большого Барьерного рифа.
Это невидимое сообщество было обнаружено с помощью анализа ДНК, найденной в образцах морской воды с 48 рифов, исследовательской группой под руководством Квинслендского университета и Австралийского института морских наук. По мнению авторов, это первое комплексное исследование микробиома открытых вод рифовых систем Большого Барьерного рифа. Ученые создали базу данных микробных геномов Большого Барьерного рифа, доступную для всех исследователей.
«Теперь мы можем изучать, что делает рифовый микробиом здоровым и как эти невидимые сообщества реагируют на изменения, происходящие на Большом Барьерном рифе, такие как обесцвечивание кораллов, штормы, осадконакопление, рыболовство и другие факторы стресса», — сказал профессор Филип Хьюгенхольц, микробиолог из Квинслендского университета и старший автор статьи.
Двадцать лет назад было практически невозможно идентифицировать и задокументировать представителей обширных, но невидимых сообществ микробов, которые живут в симбиозе с людьми, растениями и животными и играют важнейшую роль в жизни на Земле.
«Достижения в области секвенирования ДНК позволили задокументировать и начать модифицировать сообщества микробов, которые влияют на здоровье растений и людей. Последние достижения позволили нам изучать микробиомы в масштабах огромной экосистемы — Большого Барьерного рифа», — сказал Юн Кит Йео, автор работы. «Микробы очень важны. Микроводоросли производят большую часть кислорода, которым мы дышим, и являются основой пищевых цепочек в открытом океане. Их поедают криль и другой зоопланктон, которым, в свою очередь, питаются другие животные — от мельчайших коралловых полипов до самых крупных китов. Но до сих пор мы не могли увидеть эти сообщества».
Доктор Стивен Роббинс, руководитель группы в Университете Квинсленда и первый автор статьи, сказал, что сбор и секвенирование ДНК микроорганизмов в океанах было сложной задачей.
«Океан любит все перемешивать, — сказал он. — В одной капле воды могут содержаться тысячи разных, но зачастую очень близких друг к другу микробов. Многие океанические микробы приспособлены к условиям с низким содержанием питательных веществ, характерным для океанических экосистем, из-за чего у них низкий уровень гуанина и цитозина — двух из четырех оснований, формирующих двойную спираль ДНК. Именно сочетание низкого уровня гуанина и цитозина и сложности сообществ препятствовало подобным исследованиям».
В этой работе ученые использовали новые технологии секвенирования, которые позволяют обойти эти проблемы и значительно упростить сборку пазла из генома каждого микроорганизма. То, что раньше было составлено из десятков тысяч кусочков, теперь становится простым пазлом, состоящим из гораздо меньшего количества деталей для среднестатистического генома микроорганизма.
Среди основных открытий команды можно выделить следующие:
- Идентификация 5283 геномов бактерий и архей, представляющих 876 отдельных видов, две трети из которых ранее не были представлены в общедоступных базах данных и доступны для изучения впервые.
- Идентификация 362 802 видов вирусов, включая Crassvirales — вирус, поражающий бактерии, который был впервые обнаружен в кишечнике человека в 2014 году. Изначально считалось, что он может указывать на присутствие отходов жизнедеятельности человека или животных, но, как показывает это исследование, он также встречается в открытых океанских водах у Большого Барьерного рифа.
- Восстановление полных хромосом Bathycoccus и Ostreococcus непосредственно из морской воды — двух самых распространенных микроводорослей на рифе.
«Это исследование дополнит долгосрочный мониторинг Большого Барьерного рифа, который проводится Австралийским институтом морских наук уже более сорока лет», — заключил Юн Кит.
[Фото: © AIMS | Neal Cantin]
