211service.com
Kāpēc termītu zarnas var nodrošināt labāku biodegvielu?
Zinātnieki sekvencē veselu mikrobu kopienu genomus, cerot atklāt jaunus gēnus un organismus, kas var radīt degvielu, iegūt metālus vai attīrīt superfondu vietas. Šī joma, kas pazīstama kā metagenomika, balstās uz DNS bitu izpēti no dažādiem organismiem, kas dzīvo vienā un tajā pašā vietā. Pateicoties arvien pilnveidotām sekvencēšanas metodēm, metagenomu projektu skaits pieaug, dodot zinātniekiem neskaitāmus jaunus gēnus, ko izpētīt.
Mikrobi, kas dzīvo termītu zarnās (parādīts iepriekš), ļauj kukaiņiem sagremot koksni. Zinātnieki cer apvienot mikrobu gēnus, kas ir atbildīgi par šo procesu, lai efektīvāk ražotu biodegvielu no kokiem un zālēm.
Tas paver jaunu veidu, kā aplūkot šos organismus, saka Džims Bristovs , kopienas sekvencēšanas programmas direktors Enerģētikas departamenta Apvienotajā genoma institūtā Walnut Creek, CA. Mēs, iespējams, atklāsim daudzus fundamentālus procesus, par kuriem iepriekš neko nezinājām.
Mikroorganismi veido ārkārtīgi svarīgu un bieži vien neievērotu vides daļu. Tie veido mūsu biosfēras lielāko daļu un ir pamatā visiem barības vielu cikliem uz mūsu planētas, saka Filips Hugenholcs , vadītājs mikrobu ekoloģijas programma Apvienotajā genoma institūtā. Taču mūsu izpratne par šīm sistēmām joprojām ir elementāra. Mikrobiologi vēlētos labāk izprast šīs kopienas, lai viņi varētu izvēlēties noderīgus gēnus vai organismus, piemēram, tos, kas izvada piesārņotājus no augsnes, vai labāk kontrolēt mikrobu kopienas, piemēram, tās, kas dzīvo mūsu mutē vai zarnās.
Standarta veids, kā identificēt un pētīt mikroorganismus, kas dzīvo noteiktā kopienā, ir audzēt tos laboratorijā, bet tas ir iespējams tikai ar aptuveni 1 procentu mikrobu. Tomēr pēdējos divos gados ātrākas un lētākas gēnu sekvencēšanas metodes ir piedāvājušas mikrobiologiem jaunu rīku, ar kuru var izpētīt pārējos 99 procentus. Zinātnieki var iegūt DNS no, piemēram, jūras ūdens piliena vai dūņu parauga no notekūdeņu attīrīšanas iekārtas un pēc tam secināt šo DNS, iegūstot genoma norādes uz visiem šajā vidē dzīvojošajiem organismiem.
Sekvencēšanas laikā radīto nejaušo DNS fragmentu salikšana var būt izaicinājums - dažos gadījumos pat neiespējams. Hagenholcs šo procesu salīdzina ar mēģinājumu salikt tūkstoš puzles no vienas kastes, kurā ir tikai daži gabali no katras puzles. Tā vietā, lai pilnībā saliktu šīs genoma mīklas, zinātnieki cenšas izprast atsevišķus gabalus vai gēnus. Piemēram, identificējot gēnus, kas ļauj termītu zarnās esošajiem mikrobiem sagremot koksni, varētu iegūt labāku biodegvielu. Kokos un zālēs esošās celulozes pārvēršana vienkāršajos cukuros, kurus var raudzēt etanolā, ir ļoti energoietilpīgs process. Ja mums būtu labākas fermentatīvās iekārtas, lai to izdarītu, mēs varētu labāk pārvērst cukurus etanolā, saka Bristovs. Termīti ir pasaulē labākie biopārveidotāji.
Pētnieki Apvienotajā genoma institūtā, kas sekvencēja daļu no cilvēka genoma un tagad lielākoties ir veltīts metagenomikai, tikko pabeidza termītu zarnās dzīvojošo mikrobu kopienas sekvencēšanu. Viņi jau ir identificējuši vairākas jaunas celulāzes — fermentus, kas celulozi sadala cukurā — un tagad pēta citu kukaiņu zarnas, kas sagremo koksni, piemēram, anaerobās populācijas, kas ēd papeļu skaidas. Gala rezultāts būtībā būs milzīgs detaļu saraksts, ko sintētiskie biologi var apkopot, lai izveidotu ideālu enerģiju ražojošu organismu, saka Hugenholcs.
Vairāki citi projekti — no vaļu līķiem līdz notekūdeņu dūņām — tiek īstenoti vai jau ir pabeigti, solot milzīgu apjomu jaunu ģenētisko datu. Piemēram, nesen Kalifornijas Universitātes Bērklijā projektā tika identificēti trīs jauni organismi, kas dzīvo pamestu raktuvju ļoti skābā vidē. (Baktērijas, kas klāj šo raktuvju stāvus, pārvērš dzelzi skābē, kas pēc tam var piesārņot tuvumā esošās straumes.) Tie ir tuvu vīrusu izmēram un var būt mazākie jebkad atklātie organismi, saka Brets Beikers, UC Berkeley pētnieks. strādāja pie projekta ar Džila Banfīlda , arī UC Berkeley. Šie organismi var sniegt norādes uz citām dzīvības formām, kas pielāgotas ekstremālai videi, piemēram, Marsam.
Nākamais šķērslis metagenomikā būs mēģinājums atrast daudzu nesen identificēto gēnu funkcijas: atšķirībā no termītu celulāzēm lielākajai daļai gēnu ir maz strukturālas līdzības ar labi izpētītu organismu gēniem, tāpēc ir grūti secināt to funkciju. Sargaso jūras ūdens paraugā, ko savācis genomikas pionieris Kreigs Venters, divas visizplatītākās un, iespējams, vissvarīgākās gēnu ģimenes ir pilnīgi unikālas: zinātniekiem nav ne jausmas, ko viņi dara. Dažos veidos ir rupji koncentrēties uz milzīgiem kalniem genoma ainavā, saka Hugenholcs. Bet tas nekavējoties pievērš uzmanību interesantiem virzieniem, kas jāturpina. Pašlaik tiek veikti strukturālie pētījumi, lai mēģinātu noskaidrot šo proteīnu funkciju.
Metagenomikas projekti galu galā var atklāt šos nezināmos gēnus. Mēs varam aplūkot nezināmas funkcijas gēnu attēlojumus līdzīgās vidēs, salīdzināt tos ar vidēm, kurām nav noteiktas funkcijas, un pēc tam veikt triangulāciju, saka Bristovs. Viņš piebilst, ka metagenomiskos parakstus kādu dienu varētu izmantot kā pirkstu nospiedumus, lai identificētu noteiktas vides. Viņš saka, ka tos varētu izmantot, lai noteiktu vietas, kur jūs varētu vēlēties urbt naftu vai meklēt minerālus vai kāda veida piesārņojumu. Gēnu redzēšana var jums pastāstīt, kas tur notiek.