Bilim İnsanları Yeni Antibiyotikler Geliştirmek ve Plastikleri Parçalamak İçin Kullanılabilecek Çok Sayıda Deniz Mikroorganizması Keşfetti

Son 20 yılda bilim insanları okyanuslardan toplanan mikrobiyal genom miktarını önemli ölçüde artırdı; bu, antibiyotik kıtlığı, plastik kirliliği çözümleri ve genom düzenleme gibi büyük zorlukların aşılmasına yardımcı olabilir. Ancak mikrobiyal genom bilgisinin biyoteknoloji ve tıbba uygulanması her zaman zor olmuştur.

Çin'deki BGI Genomik Araştırma Merkezi'nin Shandong Üniversitesi, Xiamen Üniversitesi, Çin Okyanus Üniversitesi ve Danimarka'daki Kopenhag Üniversitesi işbirliğiyle yürüttüğü "Küresel Deniz Mikrobiyal Çeşitliliği ve Biyoprospektifteki Potansiyeli" başlıklı Nature dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada, ve Birleşik Krallık'taki East Anglia Üniversitesi'nden araştırmacılar, deniz örneklerinden yaklaşık 43.200 mikroorganizmanın (bakteri, arke) genomunu analiz etti ve 138 farklı popülasyonda geniş çeşitlilik keşfetti. Deniz mikroorganizmalarının CRISPR Cas sistemini (bağışıklık savunmalarının bir parçası) antibiyotik direnç genleriyle nasıl dengelediği gibi genom boyutunun nasıl geliştiğine dair yeni bilgiler sağlıyorlar. Bu genlerin çoğu, mikroorganizmaların hayatta kalmasına yardımcı olmak için antibiyotikler tarafından etkinleştirilir.

CRISPR Cas sistemi ve antibiyotik direnç genleri de bakteriyel bağışıklık sisteminin bir parçasıdır. Araştırma ekibi, bilgisayar tabanlı yöntemler kullanarak yeni bir CRISPR-Cas9 sistemi ve farklı organizmalardaki bağışıklık sistemlerinin bir diğer önemli bileşeni olan 10 antimikrobiyal peptid keşfetti.

Antibiyotikler, antiviral ilaçlar, antifungal ilaçlar ve antiparaziter ilaçlar da dahil olmak üzere antibiyotikler, insanlarda, hayvanlarda ve bitkilerde enfeksiyonları önlemek ve tedavi etmek için kullanılan ilaçlardır. Dünya Sağlık Örgütü'ne göre, bazı ilaçların aşırı kullanımı nedeniyle artan ilaç direnci yaygınlığı, giderek artan sayıda enfeksiyonun etkili bir şekilde önlenmesi ve tedavisini tehdit ediyor ve yeni türlerin araştırılmasını zorunlu kılıyor.

Araştırma ekibi ayrıca okyanusları kirleten yaygın bir plastiği, bir başka önemli çevre ve sağlık sorunu olan polietilen tereftalat'ı (PET) parçalayabilen üç enzim keşfetti. Laboratuvar deneyleri, deniz metagenomiklerinin araştırma sonuçlarını doğruladı ve bu da onun potansiyel uygulanabilirliğini gösterdi.

East Anglia Üniversitesi Çevre Bilimleri Okulu'nda Deniz Mikrobiyolojisi Profesörü Thomas Mock şunları söyledi: "Bu çalışma deniz metagenomisi alanını 'yeni bir seviyeye' taşıyor. Bu çalışma, deniz mikrobiyomunun büyük ölçekli metagenomik diziliminin, deniz mikrobiyal çeşitliliğini ve onun evrimsel kalıplarını anlamamıza ve bu bilgiyi biyoteknoloji ve tıbba uygulamanın yeni yollarını bulmamıza nasıl yardımcı olabileceğini vurgulamaktadır.

Okyanus, dünyadaki en büyük ve en önemli ekosistemdir ve deniz mikroorganizmaları ile çevreleri arasındaki etkileşimler, küresel ölçekte karbon fiksasyonu ve besin döngüsü gibi süreçlerin temelini oluşturur. Bu etkileşimler Dünya'nın yaşanabilirliğine katkıda bulunur. Tuzluluk, sıcaklık değişiklikleri, ışığın varlığı ve yüzeyden deniz tabanına, kutuplardan tropik bölgelere kadar olan basınç farklılıkları gibi faktörler, deniz mikroorganizmalarının adaptasyonunu ve birlikte evrimini etkileyen benzersiz seçilim baskıları yaratır.

Bu içgörülere dayanarak araştırmacılar, metagenomikten elde edilen deniz mikrobiyal genom kütüphanesini genom madenciliği ve biyolojik araştırma için önemli bir kaynak olarak kullanıyor ve yeni genetik araçların ve biyoaktif bileşiklerin keşfedilmesini sağlıyor.
Bu veriler, kutup bölgelerinden kutup bölgelerine, deniz yüzeyinden en derin çukurlara kadar dünya çapındaki çeşitli deniz ortamlarını kapsamaktadır. Bu çalışma, yaklaşık 24200 tür düzeyinde gen seti içeren, kamuya açık yeni bir veri tabanı oluşturarak insanların deniz mikrobiyomu hakkındaki anlayışını önemli ölçüde geliştirmektedir.

Araştırmacılar şunları ifade etti: "Önceki çalışmalar okyanus sistemlerinin biyolojik çeşitliliğin korunmasındaki rolüne dair ön bilgiler sunmuş olsa da, bu yeni çalışma yalnızca önceki keşiflere dayanmakla kalmıyor, aynı zamanda okyanusun sürdürülebilir keşfi ve kullanımı için yeni fırsatlar da sağlıyor. Biyokimyasal ve biyofiziksel laboratuvar deneyleriyle birlikte deniz mikrobiyotasının derin öğrenmeye dayalı genom madenciliği kullanılarak bu çalışmanın ilerletilmesi, antibiyotik kıtlığı ve okyanus kirliliği gibi küresel zorlukların üstesinden gelme konusunda muazzam bir potansiyel olduğunu ortaya koyuyor. Çalışma, deniz mikrobiyotasının insan refahını iyileştirme ve geliştirmedeki kritik rolünü vurguluyor.