ב-20 השנים האחרונות, מדענים הגדילו משמעותית את כמות הגנום המיקרוביאלי שנאסף מהאוקיינוס, מה שיכול לעזור להתמודד עם אתגרים גדולים כמו מחסור באנטיביוטיקה, פתרונות זיהום פלסטיק ועריכת גנום. עם זאת, תמיד היה קשה ליישם מידע גנום מיקרוביאלי על ביוטכנולוגיה ורפואה.
במחקר חדש שפורסם ב-Nature שכותרתו "מגוון מיקרוביאלי ימי עולמי והפוטנציאל שלו בחיפוש ביולוגי", בראשות מרכז המחקר הגנומי של BGI בסין, בשיתוף עם אוניברסיטת שאנדונג, אוניברסיטת שיאמן, אוניברסיטת אוקיינוס בסין, אוניברסיטת קופנהגן בדנמרק, ואוניברסיטת מזרח אנגליה בבריטניה, חוקרים ניתחו את הגנום של כמעט 43200 מיקרואורגניזמים (חיידקים, ארכיאה) מדגימות ימיות וגילו מגוון רב ב-138 אוכלוסיות שונות. הם מספקים תובנות חדשות לגבי האופן שבו גודל הגנום מתפתח, כמו האופן שבו מיקרואורגניזמים ימיים מאזנים את מערכת CRISPR Cas (חלק מההגנה החיסונית שלהם) עם גנים של עמידות לאנטיביוטיקה. רבים מהגנים הללו מופעלים על ידי אנטיביוטיקה כדי לעזור למיקרואורגניזמים לשרוד.
מערכת CRISP Cas וגנים העמידות לאנטיביוטיקה הם גם חלק ממערכת החיסון החיידקית. באמצעות שיטות מבוססות מחשב גילה צוות המחקר מערכת חדשה של CRISPR-Cas9 ו-10 פפטידים אנטי-מיקרוביאליים, שהם מרכיב חשוב נוסף של מערכת החיסון באורגניזמים שונים.
אנטיביוטיקה, לרבות אנטיביוטיקה, תרופות אנטי-ויראליות, תרופות אנטי-פטרייתיות ותרופות אנטי-טפיליות, הן תרופות המשמשות למניעה וטיפול בזיהומים בבני אדם, בעלי חיים וצמחים. לפי ארגון הבריאות העולמי, השכיחות הגוברת של עמידות לתרופות הנגרמת משימוש יתר בתרופות מסוימות מהווה איום על מניעה וטיפול יעיל במספר הולך וגדל של זיהומים, מה שמחייב לחפש סוגים חדשים.
צוות המחקר גילה גם שלושה אנזימים שיכולים לפרק פלסטיק נפוץ שמזהם את האוקיינוס - פוליאתילן טרפתלט (PET), שהוא נושא סביבתי ובריאות מרכזי נוסף. ניסויי מעבדה אישרו את תוצאות המחקר של המטאנומיה הימית, המצביעים על המעשיות הפוטנציאלית שלה.
תומס מוק, פרופסור למיקרוביולוגיה ימית בבית הספר למדעי הסביבה, אוניברסיטת מזרח אנגליה, הצהיר כי "עבודה זו לוקחת את תחום המטאנומיה הימית ל'רמה חדשה'. מחקר זה מדגיש כיצד רצף מטגנומי בקנה מידה גדול של המיקרוביום הימי יכול לעזור לנו להבין את המגוון המיקרוביאלי הימי ואת הדפוסים האבולוציוניים שלו, ולמצוא דרכים חדשות ליישם את הידע הזה בביוטכנולוגיה וברפואה.
האוקיינוס הוא המערכת האקולוגית הגדולה והחשובה ביותר על פני כדור הארץ, והאינטראקציות בין מיקרואורגניזמים ימיים וסביבתם הם הבסיס לתהליכים כמו קיבוע פחמן ומחזור רכיבי תזונה בקנה מידה עולמי. אינטראקציות אלו תורמות לחיים של כדור הארץ. גורמים כמו מליחות, שינויי טמפרטורה, זמינות אור והפרשי לחצים מפני השטח לקרקעית הים, מהקטבים ועד לאזור הטרופי, יוצרים לחצי סלקציה ייחודיים המשפיעים על ההסתגלות והאבולוציה המשותפת של מיקרואורגניזמים ימיים.
בהתבסס על תובנות אלו, החוקרים משתמשים בספריית הגנום המיקרוביאלי הימי שאוחזר ממטאנומיה כמשאב מפתח לכריית גנום ולחקירה ביולוגית, המאפשר גילוי של כלים גנטיים חדשים ותרכובות ביו-אקטיביות.
נתונים אלה מכסים סביבות ימיות שונות ברחבי העולם, מאזורי קוטב ועד אזורי קוטב, משטח הים ועד לתעלות העמוקות ביותר. מחקר זה משפר באופן משמעותי את הבנתם של אנשים את המיקרוביום הימי על ידי יצירת מסד נתונים חדש זמין לציבור, הכולל כ-24200 מערכי גנים ברמת המינים.
החוקרים ציינו, "למרות שמחקרים קודמים סיפקו תובנות ראשוניות לגבי תפקידן של מערכות האוקיינוסים בשמירה על המגוון הביולוגי, מחקר חדש זה לא רק מתבסס על תגליות קודמות, אלא גם מספק הזדמנויות חדשות לחקירה וניצול בר-קיימא של האוקיינוס. על ידי שימוש בלמידה עמוקה. כריית גנום מבוססת של מיקרוביוטה ימית, בשילוב עם ניסויי מעבדה ביוכימיים וביופיזיים, קידום עבודה זו מדגים את הפוטנציאל העצום להתמודד עם אתגרים עולמיים כמו מחסור באנטיביוטיקה וזיהום אוקיינוסים המחקר מדגיש את התפקיד הקריטי של המיקרוביוטה הימית בשיפור רווחת האדם קידום קיימות סביבתית.
