В рамках проекта «Микробиом Земли» обширная глобальная группа под руководством исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего, Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, Чикагского университета и Аргоннской национальной лаборатории собрала более 27 000 образцов из многочисленных, разнообразных среды по всему миру. Они проанализировали уникальные коллекции микробов - микробиомов - живущих в каждом образце, чтобы создать первую справочную базу данных бактерий, колонизирующих планету. Благодаря недавно стандартизированным протоколам, оригинальным аналитическим методам и открытому методу Найта. «Вот только один пример - теперь мы можем определить, из какой среды был взят образец более чем в 90% случаев, просто зная его микробиом или типы и относительное количество живущих в нем микробов. Это может быть полезной судебно-медицинской информацией. на месте преступления… подумайте о «CSI».
Цель проекта «Микробиом Земли» состоит в том, чтобы собрать как можно больше образцов микробных сообществ Земли, чтобы углубить научное понимание микробов и их взаимоотношений с окружающей средой, включая растения, животных и людей. Эта задача требует помощи ученых со всего земного шара. На данный момент проект охватывает семь континентов и 43 страны, от Арктики до Антарктики, и более 500 исследователей внесли свой вклад в сбор образцов и данных. Участники проекта используют эту информацию примерно в 100 исследованиях, половина из которых опубликована в рецензируемых журналах.
«Микробы повсюду», - сказал первый автор Люк Томпсон, доктор философии, который взял на себя роль руководителя проекта, будучи постдокторантом в лаборатории Найта, а в настоящее время является научным сотрудником Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA).. «Тем не менее, до этого масштабного мероприятия изменения в составе микробного сообщества выявлялись в основном путем сосредоточения внимания на одном типе образца, одном регионе за раз. Это затрудняло выявление закономерностей в различных средах и географических регионах для вывода обобщенных принципов».
Участники проекта анализируют бактериальное разнообразие в различных средах, географических и химических средах путем секвенирования гена 16S рРНК, генетического маркера, характерного для бактерий и их родственников, архей. Последовательности 16S рРНК служат «штрих-кодами» для идентификации различных типов бактерий, что позволяет исследователям отслеживать их в образцах со всего мира. Исследователи проекта Earth Microbiome Project также использовали новый метод для удаления ошибок секвенирования в данных, что позволило им получить более точную картину количества уникальных последовательностей в микробиомах.
В этом первом выпуске данных команда Earth Microbiome Project идентифицировала около 300 000 уникальных микробных последовательностей 16S рРНК, почти 90 процентов из которых не имеют точных совпадений в ранее существовавших базах данных.
Существующие ранее последовательности 16S рРНК ограничены, поскольку они не были разработаны для того, чтобы позволить исследователям добавлять данные таким образом, чтобы это было полезно в будущем. Соавтор проекта Джон Сандерс, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Найта, сравнивает разницу между этими другими базами данных и проектом Earth Microbiome Project с разницей между телефонной книгой и Facebook. «Раньше вам нужно было написать, чтобы получить список вашей последовательности, и список содержал очень мало информации о том, откуда взялась эта последовательность или с какими другими последовательностями она была обнаружена», - сказал он. «Теперь у нас есть структура, которая поддерживает весь этот дополнительный контекст и может органично расти, чтобы поддерживать новые типы вопросов и идей».
«Остается каталогизировать большое количество микробного разнообразия. И все же мы «отобрали» около половины всех известных бактериальных последовательностей», - сказал Гилберт. «Благодаря этой информации уже появляются закономерности в распределении микробов на Земле».
По словам Гилберта, одно из самых удивительных наблюдений заключается в том, что уникальные последовательности 16S гораздо более специфичны для индивидуальной среды, чем типичные единицы видов, используемые учеными. Разнообразие сред, отобранных в рамках проекта «Микробиом Земли», помогает продемонстрировать, насколько местная среда влияет на микробиом. Например, микробиомы кожи китообразных (китов и дельфинов) и рыб больше похожи друг на друга, чем на воду, в которой они плавают; и наоборот, соль в микробиомах морской воды отличает их от пресноводных, но они все же больше похожи друг на друга, чем на кожу водных животных. В целом микробиомы хозяина, такого как человек или животное, сильно отличались от свободноживущих микробиомов, таких как микробиомы, обнаруженные в воде и почве. Например, свободноживущие микробиомы в целом были гораздо более разнообразными, чем микробиомы, связанные с хозяином.
«Эти глобальные экологические модели дают лишь представление о том, что возможно при скоординированном и кумулятивном отборе проб», - сказал Янссон.«Необходимо больше выборок для учета таких факторов, как широта и высота над уровнем моря, а также для отслеживания изменений окружающей среды с течением времени. Проект «Микробиом Земли» предоставляет как ресурс для исследования множества вопросов, так и отправную точку для управляемого сбора новых данных для ответь на них."