Negli ultimi 20 anni, gli scienziati hanno aumentato significativamente la quantità di genomi microbici raccolti dall’oceano, il che può aiutare ad affrontare sfide importanti come la carenza di antibiotici, le soluzioni per l’inquinamento della plastica e l’editing del genoma. Tuttavia, è sempre stato difficile applicare le informazioni sul genoma microbico alla biotecnologia e alla medicina.
In un nuovo studio pubblicato su Nature intitolato “Global Marine Microbial Diversity and Its Potential in Bioprospecting”, condotto dal BGI Genomics Research Center in Cina, in collaborazione con l’Università di Shandong, l’Università di Xiamen, l’Ocean University of China, l’Università di Copenhagen in Danimarca, e dell'Università dell'East Anglia nel Regno Unito, i ricercatori hanno analizzato i genomi di quasi 43.200 microrganismi (batteri, archaea) da campioni marini e hanno scoperto un'ampia diversità in 138 popolazioni diverse. Forniscono nuove informazioni su come si evolvono le dimensioni del genoma, ad esempio su come i microrganismi marini bilanciano il sistema CRISPR Cas (parte della loro difesa immunitaria) con i geni di resistenza agli antibiotici. Molti di questi geni vengono attivati dagli antibiotici per aiutare i microrganismi a sopravvivere.
Anche il sistema CRISP Cas e i geni di resistenza agli antibiotici fanno parte del sistema immunitario batterico. Utilizzando metodi computerizzati, il gruppo di ricerca ha scoperto un nuovo sistema CRISPR-Cas9 e 10 peptidi antimicrobici, che sono un altro componente importante del sistema immunitario in diversi organismi.
Gli antibiotici, inclusi antibiotici, farmaci antivirali, farmaci antifungini e farmaci antiparassitari, sono farmaci usati per prevenire e curare le infezioni negli esseri umani, negli animali e nelle piante. Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, la crescente prevalenza della resistenza ai farmaci causata dall’abuso di alcuni farmaci rappresenta una minaccia per la prevenzione e il trattamento efficaci di un numero crescente di infezioni, rendendo necessaria la ricerca di nuovi tipi.
Il gruppo di ricerca ha anche scoperto tre enzimi in grado di scomporre una plastica comune che inquina l’oceano: il polietilene tereftalato (PET), che rappresenta un altro importante problema ambientale e sanitario. Esperimenti di laboratorio hanno confermato i risultati della ricerca sulla metagenomica marina, indicandone la potenziale praticità.
Thomas Mock, professore di microbiologia marina presso la Scuola di scienze ambientali dell'Università dell'East Anglia, ha affermato che "questo lavoro porta il campo della metagenomica marina a un 'nuovo livello'. Questo studio evidenzia come il sequenziamento metagenomico su larga scala del microbioma marino può aiutarci a comprendere la diversità microbica marina e i suoi modelli evolutivi e a trovare nuovi modi per applicare questa conoscenza alla biotecnologia e alla medicina.
L’oceano è l’ecosistema più grande e importante sulla Terra e le interazioni tra i microrganismi marini e il loro ambiente sono la base per processi come la fissazione del carbonio e il ciclo dei nutrienti su scala globale. Queste interazioni contribuiscono alla vivibilità della Terra. Fattori come la salinità, i cambiamenti di temperatura, la disponibilità di luce e le differenze di pressione dalla superficie al fondale marino, dai poli ai tropici, creano pressioni selettive uniche che influenzano l’adattamento e la coevoluzione dei microrganismi marini.
Sulla base di queste conoscenze, i ricercatori utilizzano la libreria del genoma microbico marino recuperata dalla metagenomica come risorsa chiave per l’estrazione del genoma e l’esplorazione biologica, consentendo la scoperta di nuovi strumenti genetici e composti bioattivi.
Questi dati coprono vari ambienti marini in tutto il mondo, dalle regioni polari alle regioni polari, dalla superficie del mare alle fosse più profonde. Questo studio migliora significativamente la comprensione da parte delle persone del microbioma marino creando un nuovo database disponibile al pubblico, che comprende circa 24.200 set di geni a livello di specie.
I ricercatori hanno affermato: "Sebbene studi precedenti abbiano fornito approfondimenti preliminari sul ruolo dei sistemi oceanici nel mantenimento della biodiversità, questo nuovo studio non solo si basa su scoperte precedenti, ma offre anche nuove opportunità per l'esplorazione e l'utilizzo sostenibile dell'oceano. Utilizzando il deep learning. L’estrazione del genoma del microbiota marino, combinata con esperimenti di laboratorio biochimici e biofisici, i progressi di questo lavoro dimostrano l’enorme potenziale per affrontare sfide globali come la carenza di antibiotici e l’inquinamento degli oceani. Lo studio sottolinea il ruolo fondamentale del microbiota marino nel migliorare il benessere umano promuovere la sostenibilità ambientale.
