The Voyage of Sorcerer II

Многие из этих исследований были бы невозможны, если бы с 2003 года не произошло еще одно важное научное событие - Крейг понял, что с помощью метагеномных методов можно обнаружить значительное большинство микробов, которые ранее не поддавались идентификации и классификации, и что эти микробы можно собирать и секвенировать в больших, глобальных масштабах. Такой подход помог вдохновить другие многолетние глобальные экспедиции по сбору проб.

Мыслить масштабно также побудили масштабные общественные усилия по систематическому изучению микробиома Земли. Одним из них стал консорциум Earth Microbiome Project, созданный в 2010 году под руководством микробиологов Роба Найта и Джека Гилберта из Калифорнийского университета в Сан-Диего. В 2017 году этот консорциум опубликовал в журнале Nature масштабное исследование, целью которого была стандартизация критериев классификации таксонов микробиома и решение других насущных проблем, связанных с определением характеристик микробов, а также наведение порядка в развивающейся области экологической микробиологии. В исследовании приняли участие более пятисот ученых, а 27 751 образец был получен из сорока трех стран. "Эти образцы представляют собой множество типов образцов и охватывают широкий спектр биотических и абиотических факторов, географических мест и физико-химических свойств", - пишут Найт и Гилберт в редакционной статье, опубликованной в 2018 году в журнале mSystems.

Исследование, по словам Найта и Гилберта, дало ученым возможность "проверить фундаментальные гипотезы биогеографии, в том числе выявить закономерности, которые ранее были возможны только для "макробиологической" экологии. Кроме того, экологические тенденции продемонстрировали ключевые принципы организации, согласно которым экосистемы с меньшим разнообразием сохраняют таксоны, которые встречаются в образцах с большим разнообразием". Полученные данные также позволили исследователям "изучить факторы, лежащие в основе глобальных тенденций разнообразия", и, используя информатику.

 

Благодаря этому они смогли "выявить местную адаптацию и, следовательно, экологическую специфику подвидов". Это стало продолжением анализа генетического и протеомного разнообразия первых сорока одного образца, взятого из Sorcerer II, о чем сообщалось в работах JCVI в специальном выпуске PLoS Biology 2007 года.

В рамках проекта "Микробиом Земли", добавляют Найт и Гилберт, не удалось изучить функции генов или пролить свет на другие молекулярные процессы, например, на то, какие белки экспрессируются этими генами и какова роль метаболитов в этих организмах. Изучение таких явлений известно как мультиомика, поскольку она объединяет несколько "омических" методов, таких как геномика, протеомика, микробиомика и метаболомика. В последние годы мультиомика стала модным направлением в молекулярной биологии, хотя одновременный учет стольких динамических процессов остается фантастически сложной задачей.

"Чтобы оценить, как микробы распределены по средам в глобальном масштабе - и следует ли динамика микробных сообществ фундаментальным экологическим "законам" в планетарном масштабе, - требуется либо масштабное монолитное исследование всех сред, либо практическая методология координации многих независимых исследований", - пишут Найт и Гилберт. Они также отметили, что, даже когда образцы и исследования накапливаются, вопрос о том, что все это значит, остается нерешенным. Ученые просто переполнены данными - любопытное дополнение к скудости данных, которая преобладала до 2003 года.

 

ОДИН из способов представить себе микробные экосистемы на Земле и их влияние на человека - это вообразить нечто сродни русской матрешке. Это матрешка внутри матрешки, а внешний слой - это экосистема, которую мы видим из космоса, сферическая, окрашенная в синий, зеленый и белый цвета. Эта огромная экосистема, поддерживающая жизнь, какой мы ее знаем, содержит все остальные экосистемы внутри экосистем, вплоть до микроэкосистем в море, в глубинах Земли, на пестике розы или внутри вас.

Микробная экосистема человека - всего лишь одна из почти бесконечного числа субматрешек на Земле. Но поскольку человеческий микробиом довольно важен для большинства организмов, читающих эту книгу, мы будем использовать его в качестве примера. В книге о микробиоме моря и Земли мы уделим немного времени описанию того, как проект Sorcerer II и экологическая микробиология за последние двадцать лет способствовали нашему пониманию триллионов крошечных организмов - эукариот, архей, бактерий, вирусов и грибков, - которые живут внутри и на теле Homo sapiens.

По последним оценкам, средняя популяция микроорганизмов внутри нас составляет около тридцати девяти триллионов. Количество бактериальных клеток примерно равно количеству гораздо более крупных человеческих клеток. Микробы несут в себе в пятьсот - тысячу раз больше генов, чем человеческие клетки, но на их долю приходится менее одного фунта от общего веса среднего человека.