Extreme Metagenomics: Chasing Bugs in the Bowels of the Earth

När mikrobiologer letar igenom jordens mest otillgängliga platser för att hitta allt mer konstiga – och potentiellt användbara – mikrobuggar, förväntar jag mig halvt att en ny dokusåpa ska dyka upp på Sci-Fi Channel, eller kanske ESPN-5: Extrema mikrober!

Forskare som studerar de minsta insekterna har länge rest till märkliga platser, men nu har hela fältet förstärkts på nytt av metagenomikens nya tidsålder – studien av grupper av bakterier som finns i, säg, en hink med vatten, en fläck av mänsklig hud , eller en spade full med muck. Beväpnade med sofistikerad ny teknik för att identifiera miljontals olika typer av bakterier som lever i en specifik minimiljö, distribuerar de nya metagenetikerna till skrymslen och vrår, allt från syraspill till djupa grottor på jakt efter mikrobiella samhällen.

I [email protected] , beskriver författaren Josie Glausiusz en sprudlande expedition ledd av mikrobiologen Diana Northup tusen fot under jorden, djupt in i New Mexicos Lechuguilla-grotta. Hon och hennes team från University of New Mexico vandrade genom trassliga mil av passager medan de raffelde nerför gropar, korsade farliga kanter av klippor och trampade runt underjordiska sjöar på väg för att samla bakterier som avsätter manganskorpor och oxiderat järn på grottväggar. Northup är också en del av ett multipeluniversitetskonsortium som på lämpligt sätt kallas SLIME–Subsurface Life in Mineral Environments.

Ett tidigare försök från Northup att rycka upp ett parti mangan- och järndroppande djur misslyckades med att ge resultat eftersom hon och hennes team oavsiktligt förorenade sina prover med svampar som de hade tagit in på sina vandringskängor. Tillbaka i labbet hade svamparna dykt upp som ogräs i agarplattorna när Northup försökte odla bakterierna. Den här gången tog teamet med sig rena kostymer – en felaktig benämning för en grupp mikrobjägare som var exceptionellt smutsiga av svett och smuts efter sin underjordiska vandring.

Northup bestämde sig också för att inte ta några chanser att odla sina prover, så hon tog in glasrör för att få igång sina insekter i sin egen miljö med absolut mörker, kalla temperaturer och hög luftfuktighet. Forskare har funnit att den klassiska metoden för att odla bakterier – att lägga till prover till agarrika petriskålar – inte fungerar för uppskattningsvis 99,9 procent av mikroberna, som trivs bäst i sin egen ekologiska soppa. Detta är en anledning till att metagenomiken tar fart. En annan är att framsteg inom teknik nu gör det möjligt för forskare att sekvensera allt DNA i ett metaprov för att ta reda på hur många arter och genvarianter som förekommer i en given ekonisch.

Den kanske mest kända metagenomikern är J. Craig Venter, vars Trollkarlen II Global Ocean Sampling Expedition meddelade i mars att de hade upptäckt sex miljoner nya gener och tusentals nya proteinfamiljer, av vilka några kan erbjuda nya lösningar för att lagra och producera energi, bland andra möjligheter. Andra hittar mikrober som kan rensa upp föroreningar eller producera nymodiga antibiotika.

Författaren Glausiusz beskriver sökandet efter antibiotika i sin artikel, såväl som ett begynnande drag för att kommersialisera upptäckter som härrör från sökandet efter slem:

Samtidigt trollar Kim Lewis och Slava Epstein från Northeastern University i Boston, Massachusetts, i djupet av de okultiverade efter nya antibiotika med hjälp av en diffusionskammare i vilken mikrober tränger in i förhållandena i deras naturliga miljö – till exempel jord eller havsvatten plus marina sediment. Lewis och Epstein har grundat företaget NovoBiotic för att dra nytta av sina kulturer. De praktiska fördelarna är enorma, säger Lewis. Om du vill upptäcka nya saker, vill du gå till organismer du inte har sett förut. Det är rimligt att anta att 99 % av de återstående bakterierna kommer att ha åtminstone några användbara antibiotika.

Den galna Northup har börjat hitta antibiotika i sina prover. Men till en början strävade hon efter att odla skorpbildande grottbakterier för att förstå deras grundläggande biologi. En av anledningarna till att vi odlar i stället för att göra DNA-sekvenser är för att vi vill fånga dem när de fäller ut mineralerna, så att vi definitivt kan säga: 'De här killarna kan göra det', säger hon.

Jag uppmuntrar dig att läsa hela artikeln om [email protected] ; det är läskiga grejer och helt fascinerande. Jag föreslår också att du deltar Teknikgranskning 's Emerging Technologies Conference på MIT från 25 till 27 september, där jag kommer att moderera en panel om metagenomics.

Glausiusz, Josie, Extrem kultur: Från dränering av sura minor till jordens tarmar, Josie Glausiusz rapporterar hur forskare anstränger sig mycket för att odla motsträviga bakterier, Natur, Publicerad online: 20 juni 2007; | doi:10.1038/447905a

Dölj