Powstał największy katalog oceanicznego DNA

Naukowcy utworzyli ogólnodostępną, największą jak dotąd bazę danych z informacjami o DNA mikroorganizmów żyjących w oceanach. Katalog zawiera ponad 300 mln klastrów genów.

Największy katalog oceanicznego DNA

.Badacze z saudyjskiego Uniwersytetu Nauki i Techniki Króla Abdullaha (KAUST) opublikowali Global Ocean Gene Catalog 1.0. Ten ogólnodostępny, największy katalog tego typu zawiera 317 mln klastrów genów (grup genów położonych obok siebie kodujących spokrewnione białka), odkrytych w oceanicznych mikroorganizmach.

Jak tłumaczą naukowcy, to najstarsze formy życia na Ziemi.

Wykształciły one zdolność wykorzystywania różnych substancji kluczowych dla obiegu najważniejszych dla życia pierwiastków, takich jak azot, węgiel i siarka. Organizmy te interesują ekspertów nie tylko ze względu na ich biologiczne znaczenie dla Ziemi, ale także z powodu potencjału wykorzystania ich w biotechnologii. Na przykład enzymy pobrane z bakterii żyjących w pobliżu gorących kominów hydrotermalnych są używane w podstawowej biotechnologicznej metodzie kopiowania genów – PCR. Metodę tę wykorzystywały np. dobrze znane testy na Covid-19.

Różne genetyczne zasoby oceanów przynoszą przemysłowi łączne, roczne zyski w wysokości 6 mld dol – podkreślają badacze. Liczba ta podwaja się każdego roku wraz z odkrywaniem kolejnych przydatnych mikrobów.

„Naukowcy mogą mieć zdalny dostęp do katalogu, aby badać działanie różnych morskich ekosystemów, śledzić wpływ zanieczyszczeń i globalnego ocieplenia, a także szukać biologicznych zastosowań, takich jak tworzenie nowych antybiotyków czy metod rozkładania plastiku” – mówi prof. Ibn Sina z KAUST. – „Obserwowany obecnie rozwój sztucznej inteligencji prawdopodobnie odegra kluczową rolę w identyfikacji genów cennych dla biotechnologii opisanych w udostępnionym przez nas katalogu”.

Zbierane dane

.Katalog ukazał już np. wyraźne różnice między aktywnością mikroorganizmów na dnie i w oceanicznej wodzie. Uwidocznił też zaskakująco duży udział grzybów w różnorodności genetycznej mezopelagialu – wody na głębokości od 200 do 1000 m. Dostarczył też niezwykle bogatych informacji na temat organizmów żyjących przy dnie, które dotąd były słabo poznane.

Na powstanie tak rozległej bazy danych pozwoliły przede wszystkim dwie szybko rozwijające się dziedziny – nowoczesne metody sekwencji genetycznych i analiza komputerowa. Z pomocą działającego w KAUST komputera Shaheen II naukowcy przeanalizowali geny uzyskane z ponad 2 tys. próbek wody zebranych z różnych lokalizacji na świecie.

Mimo tego mówią, że to dopiero początek drogi.

„Choć wyniki mogą robić wrażenie, udokumentowane w Ocean Gene Catalog 1.0, 317 mln grup genów prawdopodobnie reprezentuje czubek ‘góry lodowej’ – próbkę ogromnej biblioteki z funkcjonalnymi potencjałami stworzonymi przez oceaniczną ewolucję” – mówi kierujący badaniem prof. Carlos Duarte. – „Przyszłe projekty obejmą pobieranie kolejnych próbek i masywne sekwencjonowanie słabo poznanych oceanicznych habitatów. Badania włączałyby nieuwzględnione jeszcze organizmy, takie jak koralowce i trawę morską, które zawierają potężne ilości różnych mikrobów. Badania tego typu ujawniłyby wielokrotnie więcej genów, niż opisano w tym katalogu”.

Badania nad DNA

.Adiunkt w Muzeum i Instytucie Zoologii PAN oraz członkini Polskiego Towarzystwa Nauk o Człowieku i Ewolucji, Martyna MOLAK-TOMSIA, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” zaznacza, że: „Wiemy, że wskrzeszanie wymarłych gatunków nie jest możliwe w przypadku dinozaurów, ponieważ nie dysponujemy zachowanym materiałem genetycznym. Jak jednak prezentuje się stan wiedzy w przypadku stworzeń, których materiał posiadamy, na przykład mamutów czy wymierających dziś gatunków? Czy potrafimy je wskrzesić?”.

„Zacznijmy od DNA. DNA to kwas deoksyrybonukleinowy, cząsteczka chemiczna – która jest w niemal każdej komórce naszego ciała – na podstawie której budowany jest organizm i za której sprawą funkcjonuje. Antyczne, kopalne lub archaiczne DNA to materiał genetyczny, który izolujemy z jakiejkolwiek próbki nieprzeznaczonej do tego procesu, przy czym granica wieku próbki kwalifikującego ją jako antyczną nie jest sztywno ustalona. Będzie to więc materiał, który możemy pozyskać ze szczątków znajdowanych podczas wykopalisk archeologicznych, takich jak kości, zęby, tkanki miękkie, pióra, skorupki jaj, koprolity. Takim materiałem mogą być też okazy muzealne, rdzenie lodowe i ziemne”.

„Pierwsze sekwencje DNA uzyskiwane z próbki antycznej pochodzą z 1984 roku z wymarłej zebry kwagga. Naukowcy zachęceni pierwszym sukcesem przeszli do badania DNA ludzkiego. W 1985 roku opublikowano pierwsze odczyty DNA z mumii egipskich. Kolejni naukowcy publikowali prace, w których przekonywali o udanym badaniu DNA pochodzącego z bardzo starych próbek szczątków, między innymi dinozaurów. Po pewnym czasie okazało się, że te badania zawierały istotne błędy. Nie zdawano sobie wówczas sprawy, jak niestabilne i podatne na zanieczyszczenie jest antyczne DNA”.

„DNA podczas śmierci komórkowej ulega zniszczeniu tak jak i cała komórka. Jej pozostałościami żywią się mikroorganizmy, trawiąc DNA na drobne fragmenty. Zachodzi też rozkład fizykochemiczny. Z czasem DNA staje się coraz bardziej zdegradowane i zmienione chemicznie. W wyniku silnej fragmentacji i modyfikacji staje się też podatne na zanieczyszczenia. Bardzo dużo źródeł DNA znajduje się w powietrzu, którym oddychamy; DNA zawierają też między innymi nasz naskórek oraz cząsteczki śliny. Materiał antyczny jest otoczony wieloma świeżymi i kompletnymi źródłami materiału genetycznego, które potrafią tak przykryć informację pierwotną, że nie jesteśmy w stanie jej odczytać”.

„Dzięki dynamicznej ewolucji badań nad materiałem genetycznym udało się odczytać kompletne DNA neandertalczyka, mamuta czy tura” – pisze Martyna MOLAK-TOMSIA w tekście „Dinozaurów nie wskrzesimy. Ale co z wymierającymi gatunkami?„.