Карта микробного разнообразия: у 42% бактерий нет геномных данных
Исследователи из Объединенного института генома Министерства энергетики США (DOE JGI) опубликовали в Science Advances исследование, оценивающее текущее состояние геномного биоразнообразия микробов. Используя общедоступные данные геномных последовательностей за последние 30 лет, они оценили, какую долю известного микробного разнообразия мы охватили, и предложили путь для изучения неизвестного.
«Мы глубоко погрузились в более чем 1,8 миллиона геномов бактерий и архей, чтобы увидеть, какое их разнообразие мы фактически захватили», — сказал соавтор Дунъин У. «Оказывается, несмотря на все секвенированные геномы, мы лишь слегка поскребли по поверхности».
Исследование — это сигнал к возрождению искусства практической микробиологии и экспериментальной валидации.
Команда, включавшая У, Реху Сешадри, Никоса Кирпидеса и Наталью Иванову, провела перепись общедоступных последовательностей бактерий и архей. В качестве меры биоразнообразия они использовали филогенетическое разнообразие на основе пяти универсально консервативных белковых маркерных генов почти в 2 миллионах геномов. Данные включали изоляты, метагеномно-собранные геномы (MAGs) разного качества и почти 44 000 метагеномов из коллекций NCBI GenBank и IMG/M JGI.
MAGs значительно расширили оценённое разнообразие Бактерий и Архей
Анализ показал, что геномы бактериальных изолятов представляют лишь 9,73% от общего расчетного разнообразия в доступных наборах данных. Усилия по восстановлению MAGs из образцов окружающей среды значительно расширили известное разнообразие микробных геномов, на их долю приходится почти 49% расчетного бактериального разнообразия. Команда консервативно оценила, что около 42% бактериального разнообразия не имеет геномного представления в публичных базах данных.
В аналогичном анализе для Archaea геномы изолятов представляют только 6,55%, а MAGs составляют около 57% расчетного разнообразия. Это оставляет 36% разнообразия архей без геномного представления.
«Когда дело доходит до данных по геномам изолятов, нашим реальным ориентирам, мы лишь слегка поскребли по пробирке Петри», — сказала Сешадри. — «Это напоминание о необходимости срочно культивировать новые виды микробов».
Целевые исследования для понимания микробного мира
JGI продолжает работать в направлении увеличения геномного представления бактериального и архейного разнообразия. Хотя MAGs значительно расширили известное разнообразие, эта информация по-прежнему является вычислительно полученной. Для превращения потенциальных возможностей в прикладную науку необходимы экспериментальные исследования культивируемых изолятов.
«Хотя вычислительно полученные MAGs стали революционным инструментом для микробиологии, это призыв к балансу», — добавила Сешадри. Она отметила, что метагеномные наборы данных из этого исследования могут помочь исследователям повысить шансы на восстановление конкретных видов для культивирования. «Мы нарисовали карту сокровищ. Мы можем указать на конкретные образцы окружающей среды, куда можно направить усилия для повторного выделения».