Вчені завершили першу фазу «всесвітнього перепису мікробів»

Закінчилася перша фаза проекту Мікробіома Землі (The Earth Microbiome Project, EMP). Завданням проекту є складання найбільш повної картини біорізноманіття мікроорганізмів на нашій планеті. Під час першої фази було зібрано і проаналізовано 27 тисяч зразків з усіляких середовищ проживання. Цей збір тривав протягом семи років (в основному за допомогою краудсорсингу) і торкнувся 43 країни на всіх сім континентів. В рамках проекту зараз йде близько ста паралельних досліджень. Нова база даних доступна на сайті earthmicrobiome.org. Стаття про завершення першої фази проекту опублікована в.

Сукупність мікроорганізмів, що живуть у певному середовищі і представляють собою екологічне співтовариство, називається мікробіомом. Цим середовищем може бути ділянка ґрунту, водойма, повітряний простір або, наприклад, кишківник або шкіра тварин. У мікробіом можуть входити бактерії, археї, найпростіші, одноклітинні гриби і віруси, проте в кожному конкретному дослідженні зазвичай уточнюється, про яку саме групу йдеться. У рамках проекту EMP вчені піддали мета-аналізу найбільш численну і різноманітну групу мікроорганізмів (не рахуючи вірусів), що включає бактерій і архей.

Вчені прагнуть зрозуміти, як влаштовані мікробні спільноти на планеті і які закони визначають їх структуру і різноманітність. Для цього вони проаналізували гени рибосомальних 16S РНК в 27,751 зразках з усього світу, зібраних сотнями вчених, і отримали більше двох мільярдів «прочитань» їх ДНК (DNA sequence reads). В результаті було отримано понад 300 тисяч унікальних послідовностей 16S РНК, з яких майже 90 відсотків раніше не було відомо. За словами авторів, нова база даних у порівнянні з попередніми можливостями ідентифікації мікробів аналогічна порівнянні Facebook з паперовою телефонною книгою.

З'ясувалося, що тип середовища набагато сильніше впливає на біорізноманіття мікробіома ніж, наприклад, географічні фактори і багато інших екологічних параметрів. Так, мікробіоми шкіри китоподібних (китів і дельфінів) і шкіри риб мають набагато більше схожості між собою, ніж з мікробіомами, наприклад, навколишніх вод. У свою чергу, мікробіоми солоної води і прісної води розрізняються, але все одно більше схожі один на одного, ніж на мікробіом шкіри будь-яких водних тварин. В цілому, всі мікробіоми «вільних» середовищ виявилися, як і очікувалося, набагато більш різноманітними, ніж мікробіоми будь-яких «господарів».

Вчені повідомляють, що отримані дані про біорізноманіття організмів у різних середовищах дозволяють тепер, проаналізувавши склад і кількісне співвідношення різних представників мікробіома, в 90 відсотків випадках вірно визначати середовище, з якого він був отриманий. Такий «інструмент» може бути корисний, наприклад, у криміналістиці, вважають вони.

Нова база даних містить, по-перше, всі отримані результати, а по-друге, дозволяє зручним і уніфікованим способом вносити і аналізувати нові дані. Вчені підкреслюють, що відповідний аналіз заснований на порівнянні з точними послідовностями 16S РНК, а не з кластеризованими таксономічними одиницями, як це прийнято в більшості сучасних методах ідентифікації мікробів. Помилки в даному випадку відфільтровуються за допомогою програмного забезпечення Deblur, яке нормалізує результати секвенування і дозволяє обійтися без кластеризації і пов'язаних з цим процесом неминучих узагальнень. Це, вважають вчені, робить процедуру більш чіткою і дозволяє відстежувати патерни біорізноманіття і поширення тих чи інших представників мікробіомів з безпрецедентною точністю.

Надалі вчені планують продовжувати збір даних і більш повномірно вивчати вплив на різноманітність мікробіомів різних параметрів середовища, в тому числі, висоти над рівнем моря, pH і температури.

А про структуру мікробіомів зубного нальоту і важливість локальних мікроскопічних факторів можна прочитати тут.