اكتشف العلماء العديد من الكائنات الحية الدقيقة البحرية التي يمكن استخدامها لتطوير مضادات حيوية جديدة وتحلل المواد البلاستيكية

في السنوات العشرين الماضية، زاد العلماء بشكل كبير من كمية الجينومات الميكروبية التي تم جمعها من المحيط، والتي يمكن أن تساعد في مواجهة التحديات الكبرى مثل نقص المضادات الحيوية، وحلول التلوث البلاستيكي، وتحرير الجينوم. ومع ذلك، كان من الصعب دائمًا تطبيق معلومات الجينوم الميكروبي على التكنولوجيا الحيوية والطب.

في دراسة جديدة نشرت في مجلة Nature بعنوان "التنوع الميكروبي البحري العالمي وإمكاناته في التنقيب البيولوجي"، بقيادة مركز أبحاث الجينوم BGI في الصين، بالتعاون مع جامعة شاندونغ، وجامعة شيامن، وجامعة المحيط الصينية، وجامعة كوبنهاجن في الدنمارك. وجامعة إيست أنجليا في المملكة المتحدة، قام الباحثون بتحليل جينومات ما يقرب من 43200 من الكائنات الحية الدقيقة (البكتيريا والعتائق) من العينات البحرية واكتشفوا تنوعًا واسعًا في 138 مجموعة سكانية مختلفة. إنها توفر رؤى جديدة حول كيفية تطور حجم الجينوم، مثل كيفية قيام الكائنات الحية الدقيقة البحرية بموازنة نظام كريسبر كاس (جزء من دفاعها المناعي) مع جينات مقاومة المضادات الحيوية. يتم تنشيط العديد من هذه الجينات بواسطة المضادات الحيوية لمساعدة الكائنات الحية الدقيقة على البقاء.

يعد نظام كريسبر كاس وجينات مقاومة المضادات الحيوية أيضًا جزءًا من جهاز المناعة البكتيري. وباستخدام الأساليب المعتمدة على الكمبيوتر، اكتشف فريق البحث نظام كريسبر-كاس9 الجديد و10 ببتيدات مضادة للميكروبات، وهي عنصر مهم آخر في أجهزة المناعة في الكائنات الحية المختلفة.

المضادات الحيوية، بما في ذلك المضادات الحيوية والأدوية المضادة للفيروسات والأدوية المضادة للفطريات والأدوية المضادة للطفيليات، هي أدوية تستخدم لمنع وعلاج العدوى لدى البشر والحيوانات والنباتات. ووفقا لمنظمة الصحة العالمية، فإن الانتشار المتزايد لمقاومة الأدوية بسبب الإفراط في استخدام بعض الأدوية يشكل تهديدا للوقاية والعلاج الفعالين لعدد متزايد من حالات العدوى، مما يجعل من الضروري البحث عن أنواع جديدة.

واكتشف فريق البحث أيضًا ثلاثة إنزيمات يمكنها تفكيك مادة بلاستيكية شائعة تلوث المحيطات، وهي البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، وهي مشكلة بيئية وصحية رئيسية أخرى. وقد أكدت التجارب المعملية نتائج أبحاث الميتاجينوميات البحرية، مما يشير إلى إمكانية تطبيقها العملي.

صرح توماس موك، أستاذ علم الأحياء الدقيقة البحرية في كلية العلوم البيئية بجامعة إيست أنجليا، أن "هذا العمل يأخذ مجال الميتاجينوميات البحرية إلى مستوى جديد". تسلط هذه الدراسة الضوء على كيف يمكن للتسلسل الميتاجينومي واسع النطاق للميكروبيوم البحري أن يساعدنا على فهم التنوع الميكروبي البحري وأنماطه التطورية، وإيجاد طرق جديدة لتطبيق هذه المعرفة على التكنولوجيا الحيوية والطب.

يعد المحيط أكبر وأهم نظام بيئي على وجه الأرض، والتفاعلات بين الكائنات الحية الدقيقة البحرية وبيئتها هي الأساس لعمليات مثل تثبيت الكربون ودورة المغذيات على نطاق عالمي. تساهم هذه التفاعلات في قابلية العيش على الأرض. عوامل مثل الملوحة، والتغيرات في درجات الحرارة، وتوافر الضوء، واختلافات الضغط من السطح إلى قاع البحر، من القطبين إلى المناطق الاستوائية، تخلق ضغوطًا انتقائية فريدة تؤثر على التكيف والتطور المشترك للكائنات الحية الدقيقة البحرية.

بناءً على هذه الأفكار، يستخدم الباحثون مكتبة الجينوم الميكروبي البحري المسترجعة من علم الميتاجينوميات كمورد رئيسي لاستخراج الجينوم والاستكشاف البيولوجي، مما يتيح اكتشاف أدوات وراثية جديدة ومركبات نشطة بيولوجيًا.
وتغطي هذه البيانات البيئات البحرية المختلفة في جميع أنحاء العالم، من المناطق القطبية إلى المناطق القطبية، ومن سطح البحر إلى أعمق الخنادق. تعمل هذه الدراسة على تحسين فهم الناس للميكروبيوم البحري بشكل كبير من خلال إنشاء قاعدة بيانات جديدة متاحة للجمهور، والتي تتضمن ما يقرب من 24200 مجموعة جينية على مستوى الأنواع.

وقال الباحثون: "على الرغم من أن الدراسات السابقة قدمت رؤى أولية حول دور أنظمة المحيطات في الحفاظ على التنوع البيولوجي، فإن هذه الدراسة الجديدة لا تعتمد فقط على الاكتشافات السابقة، ولكنها توفر أيضًا فرصًا جديدة للاستكشاف والاستخدام المستدام للمحيطات. ومن خلال استخدام تعدين الجينوم القائم على التعلم العميق للميكروبات البحرية، إلى جانب التجارب المعملية البيوكيميائية والفيزيائية الحيوية، يوضح التقدم في هذا العمل الإمكانات الهائلة لمواجهة التحديات العالمية مثل نقص المضادات الحيوية وتلوث المحيطات. تؤكد الدراسة على الدور الحاسم للميكروبات البحرية في تحسين رفاهية الإنسان وتعزيزه.