Закончилась первая фаза проекта Микробиома Земли (The Earth Microbiome Project, EMP). Задачей проекта является составление наиболее полной картины биоразнообразия микроорганизмов на нашей планете. В ходе первой фазы было собрано и проанализировано 27 тысяч образцов из всевозможных сред обитания. Этот сбор продолжался в течение семи лет (в основном с помощью краудсорсинга) и затронул 43 страны на всех семь континентов. В рамках проекта сейчас идет около ста параллельных исследований. Новая база данных доступна на сайте earthmicrobiome.org. Статья о завершении первой фазы проекта опубликована в Nature.

Совокупность микроорганизмов, живущих в определенной среде и представляющих собой экологическое сообщество, называется микробиомом. Этой средой может быть участок почвы, водоем, воздушное пространство или, например, кишечник или кожа животных. В микробиом могут входить бактерии, археи, простейшие, одноклеточные грибы и вирусы, однако в каждом конкретном исследовании обычно уточняется, о какой именно группе идет речь. В рамках проекта EMP ученые подвергли мета-анализу наиболее многочисленную и разнообразную группу микроорганизмов (не считая вирусов), включающую бактерий и архей.

Сбор образцов самых южных геотермальных почв на планете, на вершине горы Эребус, остров Росс, Антарктида. S. Craig Cary, University of Waikato, New Zealand

Ученые стремятся понять, как устроены микробные сообщества на планете и какие законы определяют их структуру и разнообразие. Для этого они проанализировали гены рибосомальных 16S РНК в 27,751 образцах со всего мира, собранных сотнями ученых, и получили более двух миллиардов «прочтений» их ДНК (DNA sequence reads). В результате было получено более 300 тысяч уникальных последовательностей 16S РНК, из которых почти 90 процентов ранее не было известно. По словам авторов, новая база данных в сравнении с предыдущими возможностями идентификации микробов аналогична сравнению Facebook с бумажной телефонной книгой.

Точки сбора разных образцов для проекта The Earth Microbiome Project. Luke R. Thompson et al, Nature 2017

Выяснилось, что тип среды гораздо сильнее влияет на биоразнообразие микробиома чем, например, географические факторы и многие другие экологические параметры. Так, микробиомы кожи китообразных (китов и дельфинов) и кожи рыб имеют гораздо больше сходства между собой, чем с микробиомами, например, окружающих вод. В свою очередь, микробиомы соленой воды и пресной воды различаются, но все равно больше похожи друг на друга, чем на микробиом кожи каких-либо водных животных. В целом, все микробиомы «свободных» сред оказались, как и ожидалось, гораздо более разнообразными, чем микробиомы каких-либо «хозяев».

Ученые сообщают, что полученные данные о биоразнообразии организмов в разных средах позволяют теперь, проанализировав состав и количественное соотношение разных представителей микробиома, в 90 процентов случаях верно определять среду, из которой он был получен. Такой «инструмент» может быть полезен, например, в криминалистике, полагают они.

Новая база данных содержит, во-первых, все полученные результаты, а во-вторых, позволяет удобным и унифицированным способом вносить и анализировать новые данные. Ученые подчеркивают, что соответствующий анализ основан на сравнении с точными последовательностями 16S РНК, а не с кластеризованными таксономическими единицами, как это принято в большинстве современных методах идентификации микробов. Ошибки в данном случае отфильтровываются с помощью программного обеспечения Deblur, которое нормализует результаты секвенирования и позволяет обойтись без кластеризации и связанных с этим процессом неизбежных обобщений. Это, полагают ученые, делает процедуру более четкой и позволяет отслеживать паттерны биоразнообразия и распространения тех или иных представителей микробиомов с беспрецедентной точностью.

В дальнейшем ученые планируют продолжать сбор данных и более полномерно изучать влияние на разнообразие микробиомов разных параметров среды, в том числе, высоты над уровнем моря, pH и температуры.

Автор: Анна Казнадзей