Okean je najveće stanište na svetu, ali veliki deo njegovog biodiverziteta je još uvek nepoznat. Studija objavljena u Frontiers in Science označava značajan napredak, izvještavajući o najvećoj i najsveobuhvatnijoj bazi podataka o morskim mikrobama do danas – usklađenoj sa biološkom funkcijom, lokacijom i tipom staništa.
„Kmap Globalni katalog gena okeana 1.0 predstavlja korak ka razumevanju pune raznolikosti okeana, koji sadrži više od 317 miliona genskih grupa iz morskih organizama širom sveta“, rekla je glavni autor Elisa Lajolo sa Univerziteta nauke i tehnologije kralja Abdulaha (KAUST) u Saudijskoj Arabiji. „Katalog se fokusira na morske mikrobe, koji u velikoj meri utiču na ljudske živote svojim uticajem na zdravlje okeana i klimu na Zemlji.
„Katalog je besplatno dostupan preko KAUST platforme za metagenomsku analizu (KMAP)“, dodao je stariji autor studije, profesor Karlos Duarte, član fakulteta u KAUST-u. „Naučnici mogu da pristupe katalogu sa daljine kako bi istražili kako različiti ekosistemi okeana funkcionišu, pratili uticaj zagađenja i globalnog zagrevanja i tražili biotehnološke aplikacije kao što su novi antibiotici ili novi načini razgradnje plastike – mogućnosti su beskrajne.
Istraživači su mapirali morsku biodiverzitet stotinama godina, ali su se suočili sa različitim izazovima u stvaranju punog atlasa okeanskog života. Jedan je da se većina morskih organizama ne može proučavati u laboratoriji. Pojava tehnologije sekvenciranja DNK prevazišla je ovo tako što je omogućila da se organizmi identifikuju direktno iz okeanske vode i sedimenata.
„Pošto svaka vrsta ima svoj skup gena, možemo identifikovati koji se organizmi nalaze u uzorku okeana analizom njegovog genetskog materijala“, objasnio je Laiolo. „Dva tehnološka napretka su ovo omogućila u velikim razmerama.
„Prvi je enormno povećanje brzine i smanjenje cene tehnologije sekvenciranja DNK. Ovo je omogućilo istraživačima da sekvenciraju sav genetski materijal u hiljadama uzoraka okeana.“
„Drugi je razvoj ogromne računarske snage i AI tehnologija, koje omogućavaju analizu ovih miliona sekvenci.
Tim je koristio KMAP da skenira sekvence DNK iz 2.102 uzorka okeana uzetih na različitim dubinama i lokacijama širom sveta. Ova napredna računarska infrastruktura identifikovala je 317,5 miliona genskih grupa, od kojih se više od polovine može klasifikovati prema tipu organizma i funkciji gena. Uparujući ove informacije sa lokacijom uzorka i tipom staništa, rezultujući katalog pruža informacije bez presedana o tome koji mikrobi gde žive i šta rade.
„Ovo dostignuće odražava kritičnu važnost otvorene nauke“, rekao je Duarte. „Izgradnja kataloga je bila moguća samo zahvaljujući ambicioznim globalnim jedriličarskim ekspedicijama gde su uzorci prikupljeni i deljenja DNK uzoraka u Evropskom arhivu nukleotida otvorenog pristupa. Nastavljamo sa ovim zajedničkim naporima tako što ćemo katalog učiniti besplatno dostupnim.“
Katalog je već otkrio razliku u mikrobnoj aktivnosti u vodenom stubu i dnu okeana, kao i iznenađujući broj gljiva koje žive u mezopelagičkoj zoni ‘sumraka’. Ovi i drugi uvidi će pomoći naučnicima da shvate kako mikrobi koji žive u različitim staništima oblikuju ekosisteme, doprinose zdravlju okeana i utiču na klimu.
Katalog takođe služi kao osnova za praćenje uticaja ljudskih uticaja kao što su zagađenje i globalno zagrevanje na morski život. I nudi obilje genetskog materijala koji istraživači mogu skenirati za nove gene koji bi se mogli koristiti za razvoj lekova, energiju i poljoprivredu.
Ka globalnom okeanskom genomu
KMAP Ocean Gene Catalog 1.0 je prvi korak ka razvoju atlasa globalnog okeanskog genoma, koji će dokumentovati svaki gen svake morske vrste širom sveta — od bakterija i gljivica do biljaka i životinja.
„Naša analiza naglašava potrebu da se nastavi sa uzorkovanjem okeana, fokusirajući se na područja koja su nedovoljno proučavana, kao što su duboko more i okeansko dno. Takođe, pošto se okean zauvek menja – kako zbog ljudskih aktivnosti, tako i zbog prirodnih procesa – katalog će trebati stalno ažuriranje“, rekao je Laiolo.
Duarte upozorava da je, uprkos jasnoj koristi, budućnost kataloga neizvesna. Glavna prepreka je status međunarodnog zakonodavstva o podeli koristi od otkrića napravljenih u međunarodnim vodama.
„Dok Ugovor o otvorenom moru iz 2023. nudi neka rješenja, on može nenamjerno ometati istraživanje smanjenjem podsticaja kompanijama i vladama da investiraju. Takva neizvjesnost se mora riješiti sada kada smo došli do tačke u kojoj bi tehnologije genetske i umjetne inteligencije mogle otključati inovacije bez presedana i napredak u plavoj biotehnologiji“, zaključio je on.
