The Voyage of Sorcerer II

Для следующей статьи в PLoS Biology Крейг хотел выйти за рамки ДНК и изучить белки в первых сорока одном образце. В результате появилась статья "Глобальная экспедиция по отбору проб океана Sorcerer II: Expanding the Universe of Protein Families" ("Расширяя вселенную семейств белков").4 Вычислительный биолог Шибу Йоосеф был первым автором, а Крейг - старшим. Среди соавторов были Раш и Халперн, а также Шеннон Уильямсон, Джонатан Айзен, Карла Хайдельберг и другие. В то время, да и сейчас, это было новаторское исследование с точки зрения объема белков, обнаруженных в океане, и географической широты выборки, охватившей полмира.

 

"Даг Раш возглавил работу по изучению выборки с точки зрения генетики, начиная с Северной Атлантики и заканчивая Гала-Пагосами", - говорит Йоозеф. "Мы использовали тот же набор данных в нашем исследовании, чтобы взглянуть на вещи с точки зрения белков" - белки представляют собой молекулы, которые создаются в соответствии с инструкциями генов и выполняют важнейшие функции в организме. "У нас были все эти данные о последовательностях, что позволило нам определить гены, кодирующие белки, а затем задать несколько фундаментальных вопросов о том, сколько семейств белков существует и какие новые семейства появляются".

"Мы обнаружили порядка двадцати пяти сотен новых белковых семейств", - говорит Йоозеф, - семейств, которые демонстрируют значительные различия в разных местах в зависимости от местоположения, солености и так далее. Исследователи также обнаружили 3 995 кластеров белков, которые могли бы быть семействами, из которых 1 700 не имели обнаруживаемой гомологии, связывающей их с семействами в существующих базах данных. Это опровергло мнение многих ученых о том, что все белковые семейства уже открыты.

Когда Йозеф и его команда столкнулись с миллионами неизвестных белков, одной из главных задач было попытаться определить, как они вписываются в то, что было известно и не известно ранее об океанических белках и их действиях. Им удалось идентифицировать лишь около 25 процентов всех белковых последовательностей, с которыми они работали, а остальные так и остались загадками. "Что, я думаю, довольно неплохо, - сказал он, - учитывая все то, чего мы не знали, когда начинали".

Любопытно, что бактерии на поверхности океана, как правило, имеют меньшие геномы, чем те, что живут глубже в море. "Эти ребята на поверхности были действительно успешно приспосабливаются к условиям открытого океана", - говорит Йоозеф. "Они просто занимаются своими делами. У них нет с собой большого багажа". Эти бактерии также занимаются фотосинтезом и производят кислород; они находятся в самом низу пищевой цепи, которая поддерживает эко-систему, поддерживающую нас. Поэтому, если вы уничтожите некоторых из них, это может привести к самым разным непредвиденным последствиям".

По его словам, это контрастирует с организмами, которые встречаются в малом количестве: "такие, как ваши вибрионы", то есть различные бактерии из рода, включающего возбудителя холеры в форме запятой. У них, как правило, гораздо больше дополнительных генов, которые помогают им выжить, когда условия не являются оптимальными". Эта разница в количестве генов потенциально может иметь последствия для пищевой цепи, изменения климата и всего остального, потому что, хотя бактерии хорошо приспособились к жизни в океанах, они не обладают большой метаболической гибкостью. Они делают то, что делают, очень хорошо, но если условия изменятся, если океаны внезапно станут кислыми, это потенциально может оказать негативное влияние на эти микробы".

 

Среди различных микробов, населяющих невидимое царство земных океанов, часто больше всего внимания привлекают бациллы. На другом конце спектра внимания находится класс микробов, которых в основном игнорируют или очерняют. Они также являются наиболее распространенными генетическими элементами на Земле. Это вирусы, крошечные пучки ДНК или РНК, которые могут быть живыми, а могут и не быть. Им была посвящена еще одна крупная статья в специальном сборнике PLoS Biology, в которой сообщалось об исследовании, которое на тот момент было практически уникальным, поскольку представляло собой крупномасштабное изучение вирусов, существующих в океанах. Их количество исчисляется квадриллионами (1015), в более широком контексте, когда на Земле существует около десяти немиллионов вирусов (1031).

Большинство людей думают: "Фу, вирусы, они плохие", - говорит бывший вирусолог JCVI и морской биолог Шеннон Уильямсон, первый автор книги "The Sorcerer II Global Ocean Sampling Expedi-tion: Metagenomic Characterization of Viruses within Aquatic Microbial Samples". "Но на самом деле они очень полезны во многих отношениях".