211service.com
Kodėl termitų žarnos gali atnešti geresnio biokuro?
Mokslininkai nustato ištisų mikrobų bendruomenių genomų seką, tikėdamiesi atrasti naujus genus ir organizmus, galinčius sukurti kurą, kasti metalus ar išvalyti superfondų vietas. Ši sritis, žinoma kaip metagenomika, remiasi DNR bitų iš įvairių organizmų, gyvenančių toje pačioje vietoje, tyrimu. Dėl nuolat tobulėjančių sekos nustatymo metodų metagenomų projektų skaičius auga, todėl mokslininkai gali ištirti daugybę naujų genų.
Termito žarnyne gyvenantys mikrobai (parodyta aukščiau) leidžia vabzdžiui virškinti medieną. Mokslininkai tikisi pasirinkti už šį procesą atsakingus mikrobų genus, kad būtų galima efektyviau gaminti biokurą iš medžių ir žolių.
Tai atveria naują būdą pažvelgti į šiuos organizmus, sako Jimas Bristow , Energetikos departamento Jungtinio genomo instituto, Walnut Creek, CA, bendruomenės sekos programos direktorius. Tikriausiai atrasime daug pagrindinių procesų, apie kuriuos anksčiau nieko nežinojome.
Mikroorganizmai yra nepaprastai svarbi ir dažnai nepastebima aplinkos dalis. Jie sudaro didžiąją mūsų biosferos dalį ir palaiko visus maistinių medžiagų ciklus mūsų planetoje, sakoma Filipas Hugenholcas , vadovas mikrobų ekologijos programa Jungtiniame genomo institute. Tačiau mūsų supratimas apie šias sistemas vis dar yra elementarus. Mikrobiologai norėtų geriau suprasti šias bendruomenes, kad galėtų pasirinkti naudingus genus ar organizmus, pavyzdžiui, tuos, kurie pašalina teršalus iš dirvožemio, arba geriau kontroliuoti mikrobų bendruomenes, pavyzdžiui, tas, kurios gyvena mūsų burnoje ar žarnyne.
Standartinis būdas nustatyti ir ištirti tam tikroje bendruomenėje gyvenančius mikroorganizmus yra auginti juos laboratorijoje, tačiau tai įmanoma tik esant maždaug 1 procentui mikrobų. Tačiau per pastaruosius dvejus metus greitesni ir pigesni genų sekos nustatymo metodai mikrobiologams pasiūlė naują įrankį, kuriuo galima ištirti kitus 99 proc. Mokslininkai gali išgauti DNR iš, tarkime, jūros vandens lašo arba nuotekų valymo įrenginio dumblo mėginio, tada suskirstyti tą DNR seką, gaudami genominius įkalčius apie visus toje aplinkoje gyvenančius organizmus.
Atsitiktinių DNR fragmentų, sukurtų sekos nustatymo metu, surinkimas gali būti iššūkis – kai kuriais atvejais net neįmanoma. Hugenholtzas šį procesą lygina su bandymu sudėti tūkstantį dėlionių iš vienos dėžutės, kurioje telpa tik kelios detalės iš kiekvienos dėlionės. Taigi, užuot visiškai surinkę šiuos genominius galvosūkius, mokslininkai bando suprasti atskirus gabalus arba genus. Pavyzdžiui, nustatant genus, leidžiančius termitų žarnyne esantiems mikrobams virškinti medieną, būtų galima gauti geresnį biokurą. Medžiuose ir žolėse esančios celiuliozės pavertimas paprastu cukrumi, kurį galima fermentuoti į etanolį, yra labai daug energijos reikalaujantis procesas. Jei turėtume geresnes fermentines mašinas, kurios galėtų tai padaryti, galėtume geriau paversti cukrų į etanolį, sako Bristow. Termitai yra geriausi pasaulyje biologiniai konverteriai.
Jungtinio genomo instituto, kuris sekvenavo dalį žmogaus genomo ir dabar daugiausia atsidavęs metagenomikai, mokslininkai ką tik baigė nustatyti termitų žarnyne gyvenančios mikrobų bendruomenės seką. Jie jau nustatė keletą naujų celiuliozių – fermentų, kurie skaido celiuliozę į cukrų – ir dabar tiria kitų medieną virškinančių vabzdžių žarnas, pavyzdžiui, anaerobinę populiaciją, kuri valgo tuopų drožles. Galutinis rezultatas iš esmės bus milžiniškas dalių sąrašas, kurį sintetiniai biologai gali sudaryti, kad sukurtų idealų energiją gaminantį organizmą, sako Hugenholtzas.
Vykdomi arba jau baigti keli kiti projektai – nuo banginių skerdenų iki nuotekų dumblo, todėl žadama daugybė naujų genetinių duomenų. Pavyzdžiui, neseniai Kalifornijos universitete Berklyje atliktas projektas nustatė tris naujus organizmus, gyvenančius labai rūgštinėje apleistų kasyklų aplinkoje. (Bakterijos, dengiančios šių kasyklų grindis, paverčia geležį rūgštimi, kuri vėliau gali užteršti netoliese esančius upelius.) Jos yra artimos virusų dydžiui ir gali būti mažiausi kada nors atrasti organizmai, sako Berkeley universiteto mokslininkas Brettas Bakeris. dirbo prie projekto su Jill Banfield , taip pat UC Berkeley. Šie organizmai gali duoti užuominų apie kitas gyvybės formas, pritaikytas ekstremalioms aplinkoms, pavyzdžiui, Marsui.
Kita kliūtis metagenomikoje bus bandymas rasti daugelio naujai nustatytų genų funkciją: skirtingai nei termitų celiulazės, dauguma genų turi mažai struktūrinių panašumų su gerai ištirtų organizmų genais, todėl sunku numanyti jų funkciją. Genomikos pradininko Craigo Venterio surinktame Sargaso jūros vandens mėginyje dvi labiausiai paplitusios ir greičiausiai svarbiausios genų šeimos yra visiškai unikalios: mokslininkai neįsivaizduoja, ką daro. Kai kuriais atžvilgiais grubu sutelkti dėmesį į didžiulius kalnus genomo kraštovaizdyje, sako Hugenholtzas. Tačiau tai iš karto atkreipia dėmesį į įdomias galimybes. Šiuo metu atliekami struktūriniai tyrimai, siekiant išsiaiškinti šių baltymų funkciją.
Metagenomikos projektai galiausiai gali atskleisti šiuos nežinomus genus. Galime pažvelgti į nežinomos funkcijos genų reprezentacijas panašioje aplinkoje, palyginti juos su aplinka, kurioje nėra konkrečios funkcijos, ir tada trianguliuoti, sako Bristow. Jis priduria, kad metagenominiai parašai vieną dieną galėtų būti naudojami kaip pirštų atspaudai tam tikroms aplinkoms identifikuoti. Jie gali būti naudojami kaip būdas nustatyti vietas, kuriose galbūt norėsite gręžti naftą arba ieškoti mineralų ar kokio nors užterštumo, sako jis. Vien pamačius genus gali būti pasakyta, kas ten vyksta.