211service.com
De onvoorziene genomische premie van de oceaan
De oceaan herbergt een verbluffend - en verrassend - diverse menagerie van micro-organismen, volgens een enorme genetische studie die vandaag is gepubliceerd. De bevindingen zijn afkomstig van de expeditie van genomics-pionier Craig Venter om per jacht de wereld rond te varen en onderweg mariene organismen te verzamelen en te analyseren. Het onverwachte niveau van diversiteit suggereert dat, ondanks de bijna 200 organismen die tot nu toe zijn gesequenced, onderzoekers net begonnen zijn om het oppervlak van het genetische repertoire van de aarde te doorbreken.
Opeenvolging van de zee : Genomics-pionier Craig Venter cirkelde de wereld rond in zijn jacht en verzamelde onderweg oceaanmonsters voor genomische analyse.
We hebben niet veel begrepen van onze eigen planeet en onze eigen omgeving, vertelde Venter Technologie beoordeling vanaf zijn boot, de Tovenaar II , momenteel in de Zee van Cortez, in Mexico. We hebben maar liefst 99 procent van de levensvormen en biologie die er zijn, gemist. Hij zegt dat de genetische sequenties die door het project worden gegenereerd een brede impact zullen hebben, van het helpen van wetenschappers om wereldwijde koolstofcycli te begrijpen tot het identificeren van mogelijk leven op Mars.
Micro-organismen vormen het grootste deel van het leven op aarde en spelen een belangrijke rol in koolstofcycli en andere wereldwijde energiecycli. Maar omdat slechts ongeveer 1 procent van de organismen in een laboratorium kan worden gekweekt, is het identificeren en begrijpen van deze microscopisch kleine wezens moeilijk. Nutsvoorzieningen, steeds betere methoden voor het bepalen van genen die de afgelopen jaren zijn ontwikkeld, bieden microbiologen een nieuw hulpmiddel om de andere 99 procent te bestuderen. Wetenschappers kunnen het genetische materiaal extraheren uit een druppel zeewater en dat DNA vervolgens sequencen, waardoor genomische aanwijzingen worden afgeleid voor alle organismen die in die omgeving leven.
Na een succesvolle pilotstudie van de Sargassozee in 2003, begon Venter aan een veel langere expeditie, waarbij hij de route volgde van het Britse schip de Uitdager , een onderzoeksreis die aan het eind van de 19e eeuw 5.000 nieuwe mariene soorten catalogiseerde. De bemanning reisde bijna 6000 mijl aan boord van Venter's jacht en verzamelde elke 200 mijl monsters van oppervlaktewater.
De eerste reeks resultaten, deze week gepubliceerd in drie artikelen in het tijdschrift PLoS Biologie , onthulde zes miljoen nieuwe eiwitten, een verdubbeling van het aantal bekende eiwitsequenties. Overal waar we proefden, vonden we nieuwe eiwitten, zegt Venter.
Onderzoekers concentreerden zich grotendeels op het analyseren van nieuwe eiwitcoderende sequenties, in plaats van op het identificeren van specifieke micro-organismen, omdat de verscheidenheid aan DNA het moeilijk maakte om in afzonderlijke genomen te assembleren. (DNA-sequenties gegenereerd uit een druppel zeewater bevatten fragmenten uit het genoom van veel verschillende micro-organismen. Wetenschappers vergelijken dit met het proberen een puzzel in elkaar te zetten uit een doos met een paar stukjes van duizend verschillende puzzels.)
Deze nieuwe verzameling eiwitten zou licht moeten werpen op hoe eiwitten evolueerden, en misschien zelfs een hint geven over de genetica van onze vroegste voorouderlijke organismen. Met een gevarieerde verzameling eiwitten kun je een fylogenetische boom bouwen en proberen de functie en de evolutie ervan af te leiden, zegt Shibu Yooseph, een wetenschapper aan het J. Craig Venter Institute, in Rockville, MD, en de hoofdauteur van een van de PLoS Biologie papieren. Voor elke familie die we hebben bekeken, was zowel het aantal als de diversiteit van nieuwe eiwitten echt onverwacht.
Een van de meest voorkomende soorten eiwitten die in het onderzoek zijn geïdentificeerd, zijn afkomstig van proteorhodopsines, moleculen die lijken op lichtgevoelige eiwitten in het menselijk oog. Ze lijken micro-organismen te voorzien van een alternatief mechanisme voor fotosynthese om energie uit licht te genereren. Onderzoekers ontdekten ook dat kleine veranderingen in het eiwit de golflengte van het licht beïnvloeden dat het organisme kan absorberen: de specifieke variant die een organisme bezit, lijkt de overheersende kleur van water in zijn omgeving te volgen. Aan de kust bijvoorbeeld, waar het water groen is, kunnen organismen vooral groen licht absorberen. Maar in de diepzee, waar het water blauw is, kunnen organismen vooral blauw licht absorberen.
In feite vertoonde elke bemonsterde omgeving een hoge genetische diversiteit, zowel binnen als tussen monsters. De bevindingen dagen het begrip soorten in micro-organismen uit. Als je naar microben kijkt, lijken het geen individuele soorten te zijn, zegt Douglas Rusch, ook een wetenschapper aan het Venter Institute en een auteur van een van de artikelen. Het lijkt een complex mengsel te zijn, dat we omschrijven als subtypes, die aangepast zijn aan een bepaalde omgeving.
Het project van Venter maakt deel uit van een nieuwe trend in genomica, mogelijk gemaakt door nieuwe sequencing-technologieën, om hele microbiële gemeenschappen te sequencen in plaats van individuele organismen. Deze technologieën maken massaal parallelle sequencing mogelijk, zodat we honderdduizenden sequenties in enkele runs kunnen krijgen, zegt George Weinstock , mededirecteur van de Centrum voor menselijk genoomsequencing aan het Baylor College of Medicine, in Houston. Tot nu toe hebben wetenschappers de microbiële bewoners van onder meer walviskarkassen, rioolwaterzuiveringsinstallaties, drainageplaatsen van zuurmijnen en termietendarmen in kaart gebracht.
Microbiële gemeenschappen zijn bijna als een superorganisme, waarbij elke microbe bijdraagt aan de gemeenschap als geheel, zegt Weinstock. We moeten het metagenoom echt karakteriseren en de genen en eiwitproducten als een aggregaat analyseren.
Venter en anderen hopen uiteindelijk eiwitten te vinden die kunnen worden gecoöpteerd om nieuwe bacteriële machines te creëren - eiwitten die bijvoorbeeld betrokken zijn bij de productie van waterstof of koolstoffixatie, die op een dag kunnen worden ontwikkeld om het koolstofbindende vermogen van de oceaan te vergroten of om brandstofproducerende bacteriën maken. Genen zijn de ontwerpcomponent van de toekomst, zegt Venter.