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Extreme Metagenomics: Auf der Suche nach Bugs in den Eingeweiden der Erde
Während Mikrobiologen die unzugänglichsten Orte der Erde absuchen, um immer seltsamere – und potenziell nützliche – Mikrobugs zu finden, erwarte ich halb, dass eine neue Reality-Show auf dem Sci-Fi-Kanal oder vielleicht ESPN-5 auftaucht: Extreme Mikroben!
Wissenschaftler, die die kleinsten Käfer untersuchen, sind seit langem an seltsame Orte gereist, aber jetzt wurde das gesamte Gebiet durch das neue Zeitalter der Metagenomik neu belebt – die Untersuchung von Gruppen von Bakterien, die beispielsweise in einem Eimer Wasser, einem Fleck menschlicher Haut, gefunden werden , oder ein Spaten voller Dreck. Ausgestattet mit ausgeklügelten neuen Technologien zur Identifizierung von Millionen verschiedener Bakterienarten, die eine bestimmte Mini-Umgebung bewohnen, begeben sich die neuen Metagenetiker auf der Suche nach mikrobiellen Gemeinschaften in alle Ecken und Winkel, von Säurespritzern bis hin zu tiefen Höhlen.
In [email protected] , beschreibt die Schriftstellerin Josie Glausiusz eine Höhlenforschungsexpedition, die von der Mikrobiologin Diana Northup tausend Fuß unter der Erde, tief in die Lechuguilla-Höhle von New Mexico, geleitet wird. Sie und ihr Team von der University of New Mexico wanderten durch verworrene Meilen von Gängen, während sie sich in Gruben abseilten, gefährliche Klippen überquerten und um unterirdische Seen herumstampften, um Bakterien zu sammeln, die Mangankrusten und oxidiertes Eisen an Höhlenwänden ablagern. Northup ist auch Teil eines Konsortiums mit mehreren Universitäten, das passenderweise SLIME – Subsurface Life in Mineral Environments genannt wird.
Ein früherer Versuch von Northup, eine Charge Mangan- und Eisen werfender Lebewesen zu schnappen, brachte keine Ergebnisse, da sie und ihr Team ihre Proben versehentlich mit Pilzen kontaminierten, die sie mit ihren Wanderschuhen mitgebracht hatten. Zurück im Labor waren die Pilze wie Unkraut in den Agarplatten aufgetaucht, als Northup versuchte, die Bakterien zu züchten. Diesmal brachte das Team saubere Anzüge mit – eine falsche Bezeichnung für eine Gruppe von Mikrobenjägern, die nach ihrer unterirdischen Wanderung außergewöhnlich schmutzig von Schweiß und Dreck waren.
Northup beschloss auch, beim Züchten ihrer Proben kein Risiko einzugehen, also brachte sie Glasröhrchen mit, um ihre Käfer in ihrer eigenen Umgebung mit absoluter Dunkelheit, kühlen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit zum Laufen zu bringen. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die klassische Methode zum Züchten von Bakterien – das Hinzufügen von Proben zu agarreichen Petrischalen – bei schätzungsweise 99,9 Prozent der Mikroben nicht funktioniert, die in ihrer eigenen ökologischen Suppe am besten gedeihen. Dies ist ein Grund für den Aufschwung der Metagenomik. Ein weiterer Grund ist, dass die Fortschritte in der Technologie es Forschern jetzt ermöglichen, die gesamte DNA in einer Metaprobe zu sequenzieren, um herauszufinden, wie viele Arten und Genvarianten in einer bestimmten Ökonische vorkommen.
Der vielleicht bekannteste Metagenomiker ist J. Craig Venter, dessen Zauberer II Die Global Ocean Sampling Expedition gab im März bekannt, dass sie sechs Millionen neue Gene und Tausende neuer Proteinfamilien entdeckt hat, von denen einige unter anderem neuartige Lösungen für die Speicherung und Produktion von Energie bieten könnten. Andere finden Mikroben, die die Umweltverschmutzung beseitigen oder neuartige Antibiotika produzieren könnten.
Die Autorin Glausiusz beschreibt in ihrem Artikel die Suche nach Antibiotika sowie einen aufkommenden Schritt zur Kommerzialisierung von Entdeckungen, die aus der Suche nach Schleim resultieren:
Unterdessen durchsuchen Kim Lewis und Slava Epstein von der Northeastern University in Boston, Massachusetts, die Tiefen der unkultivierten Pflanzen nach neuen Antibiotika, indem sie eine Diffusionskammer verwenden, in der Mikroben unter den Bedingungen ihrer natürlichen Umgebung – zum Beispiel Boden oder Meerwasser plus Meeressedimente. Lewis und Epstein haben das Unternehmen NovoBiotic gegründet, um von ihrer Kultur zu profitieren. Der praktische Nutzen ist enorm, sagt Lewis. Wenn Sie Neues entdecken möchten, möchten Sie zu Organismen gehen, die Sie noch nie zuvor gesehen haben. Es ist vernünftig anzunehmen, dass 99% der verbleibenden Bakterien zumindest einige nützliche Antibiotika haben.
Die Höhlenforscherin Northup hat begonnen, in ihren Proben Antibiotika zu finden. Anfangs strebte sie jedoch danach, krustenbildende Höhlenbakterien zu züchten, um deren grundlegende Biologie zu verstehen. Einer der Gründe, warum wir DNA-Sequenzen kultivieren, anstatt sie zu erstellen, ist, dass wir sie beim Ausfällen der Mineralien erwischen wollen, damit wir definitiv sagen können: „Diese Typen können das“, sagt sie.
Ich ermutige Sie, den gesamten Artikel zu lesen [email protected] ; es ist gruselig-krabbeliges Zeug und absolut faszinierend. Ich schlage auch vor, dass Sie teilnehmen Technologieüberprüfung 's Emerging Technologies Conference am MIT vom 25. bis 27. September, wo ich ein Panel zur Metagenomik moderiere.
Glausiusz, Josie, Extremkultur: Von der sauren Minendrainage bis in die Eingeweide der Erde berichtet Josie Glausiusz, wie Forscher mit größter Anstrengung widerspenstige Bakterien züchten, Natur, Online veröffentlicht: 20. Juni 2007; | doi:10.1038/447905a