Документ с описанием этой работы, опубликованный 1 ноября в журнале Nature, был написан в соавторстве более чем 300 исследователями из более чем 160 организаций по всему миру.Проект «Микробиом Земли» был основан в 2010 году Робом Найтом, доктором философии, профессором Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и директором Центра инноваций в области микробиома в Калифорнийском университете в Сан-Диего; Джек Гилберт, доктор философии, профессор и директор факультета Центра микробиома Чикагского университета и руководитель группы по экологии микробов в Аргоннской национальной лаборатории; Рик Стивенс, доктор философии, заместитель директора лаборатории Аргоннской национальной лаборатории и профессор и старший научный сотрудник Чикагского университета; и Джанет Янссон, доктор философии, главный научный сотрудник отдела биологии и научный сотрудник Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории. Найт, Гилберт и Янссон также являются соавторами статьи в Nature, а Стивенс — соавтором.
«Возможности применения этой базы данных и типы исследовательских вопросов, которые мы теперь можем задать, практически безграничны», — сказал Найт. «Вот только один пример — теперь мы можем определить, из какой среды был взят образец в более чем 90 процентах случаев, просто зная его микробиом или типы и относительное количество микробов, живущих в нем. Это может быть полезно для судебной экспертизы информация на месте преступления … подумайте "CSI" ".Цель проекта «Микробиом Земли» — собрать образцы как можно большего количества микробных сообществ Земли, чтобы улучшить научное понимание микробов и их взаимоотношений с окружающей средой, включая растения, животных и людей.
Эта задача требует помощи ученых со всего мира. На данный момент проект охватил семь континентов и 43 страны, от Арктики до Антарктики, и более 500 исследователей внесли свой вклад в выборку и сбор данных.
Участники проекта используют эту информацию в рамках примерно 100 исследований, половина из которых опубликована в рецензируемых журналах.«Микробы повсюду», — сказал первый автор Люк Томпсон, доктор философии, который взял на себя роль менеджера проекта, когда работал докторантом в лаборатории Найта, а в настоящее время является научным сотрудником Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA). «Однако до этого масштабного начинания изменения в составе микробного сообщества выявлялись в основном путем сосредоточения внимания на одном типе образцов, на одном регионе за раз. Это затрудняло выявление закономерностей в окружающей среде и географии для вывода обобщенных принципов».
Члены проекта анализируют бактериальное разнообразие среди различных сред, географических регионов и химического состава путем секвенирования гена 16S рРНК, генетического маркера, специфичного 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 Earth Microbiome Project также использовали новый метод для устранения ошибок секвенирования в данных, что позволило им получить более точное представление о количестве уникальных последовательностей в микробиомах.В рамках этого первого выпуска данных команда Earth Microbiome Project определила около 300 000 уникальных микробных последовательностей 16S рРНК, почти 90 процентов из которых не имеют точных совпадений в уже существующих базах данных.
Существующие ранее последовательности 16S рРНК ограничены, потому что они не были разработаны, 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 «Микробиом Земли» с разницей между телефонной книгой и Facebook. «Раньше вам приходилось писать, чтобы внести свою последовательность в список, и в этом списке было очень мало информации о том, откуда эта последовательность или с какими еще последовательностями она была обнаружена», — сказал он. «Теперь у нас есть структура, которая поддерживает весь этот дополнительный контекст и может органически расти, чтобы поддерживать новые виды вопросов и идей».
«Нам осталось внести в каталог обширный спектр микробного разнообразия. И все же мы« повторно захватили »около половины всех известных бактериальных последовательностей», — сказал Гилберт. «С этой информацией уже выявляются закономерности в распределении земных микробов».
По словам Гилберта, одно из самых удивительных наблюдений заключается в том, что уникальные последовательности 16S гораздо более специфичны для отдельных сред, чем типичные единицы видов, используемые учеными. Разнообразие окружающей среды, отобранное в рамках проекта «Микробиом Земли», помогает продемонстрировать, насколько местная среда формирует 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, довольно сильно отличались от свободноживущих микробиомов, таких как находящиеся в воде и почве. Например, свободноживущие микробиомы в целом были гораздо более разнообразными, чем микробиомы, связанные с хозяином.
«Эти глобальные экологические закономерности дают лишь представление о том, что возможно при скоординированном и кумулятивном отборе проб», — сказал Янссон. «Требуется 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 изучения множества вопросов, так и отправную точку для управляемого сбора новых данных для ответь им."