Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Blog de la Marea de Cortez: Știință utilă?

În posturile anterioare, am vorbit despre ipoteza noastră: scăderea costurilor și accesibilitatea instrumentelor necesare științei și explorării deschid o nouă oportunitate pentru exploratorii amatori. Ei bine, știința și explorarea sunt idei mult mai mari decât instrumentele. Și este important să fim sinceri cu privire la întregul proces pe măsură ce ne pregătim pentru călătoria noastră la Cortez. Pentru noi, nu a început cu o ipoteză științifică. A început cu o curiozitate, cu structura, explicația și procesul modelat de acolo.

Mac Cowell, co-fondator al DIYBio.org și Genefoo, a fost liderul părții științifice a călătoriei noastre. Aici el oferă o explicație despre modul în care ne gândim și despre cum se întâmplă împreună.

Introduceți Mac ...

După cum a anunțat David, ne îndreptăm spre Marea Cortez, în perioada de 59 de ani a lui John Steinbeck și a lui Doc Ricketts, care au navigat în Marea Cortez într-o expediție de descoperire științifică din anii '40: plimbare în jurul, filosofie și supraveghere viața marină a golfului.

La fel ca și ei, vom merge la Baja California în același spirit de agrement și știință. Numai noi aducem roboți, biotehnologia modernă și spiritul DIY. În loc să colecteze și să catalogheze macrofauna marină, vom examina unele genomuri ale microbilor care trăiesc în golf folosind secvențierea ADN și metagenomică. Sau cel puțin vom încerca. Vrem să punem la încercare uneltele noastre și să aflăm cât de mult este posibil.

Nu suntem pionierii unor noi metode științifice sau încercăm să realizăm un studiu științific semnificativ (Steinbeck și Ricketts). Când am început, nu am avut nici măcar o ipoteză de testat. În calitate de pasionați și diletanți, am vrut doar să explorăm marea genomului care ne înconjoară folosind unele dintre tehnologiile fascinante - și din ce în ce mai accesibile - pionierate de cercetătorii în domeniul genomiei și acum producătorii.

Notă laterală: Suntem foarte conștienți de problemele legale și etice din jurul acestei călătorii. Acesta este unul dintre principalele motive pentru care mergem: să găsim limitele și modul în care acestea vor afecta explorarea cetățenilor. Ne pasă foarte mult de a face ceea ce trebuie. Următorul post va examina câteva dintre aceste reglementări și provocări. Acestea fiind spuse, vă rugăm să ne spuneți în comentarii dacă aveți comentarii, preocupări sau idei de cercetare.

Opțiuni metagenomice

Există o mulțime de ADN plutitoare în jurul valorii de microbi în ocean, și marea majoritate a acesteia nu a fost niciodată secvențiată. O singură picătură de apă de mare este estimată să conțină probabil 1-2 miliarde de baze de ADN răspândite în rândul a milioane de microbi. Există multe, mult mai multe atunci când se analizează restul ecosistemului marin, magnitudine mai mare atunci când includ viruși. Oamenii de stiinta estimeaza ca doar 1-10% din toti microbii supravietuiesc pentru a studia in afara mediului lor si pot fi crescuti in conditii de laborator, astfel incat sa poata secventia directa a ADN-ului dintr-o proba de mediu poate oferi o imagine mai completa, membrii microbieni ai unui anumit ecosistem (Gilbert 2011).

Unii oameni de știință încep să regândească limitele care definesc un organism - în loc să trateze fiecare microb ca un individ complet, poate că este mai logic să se considere comunități distincte, dar funcțional legate de microbi ca o singură entitate - un "meta-organism" (Zarraonaindia 2013).

Gândirea la această noțiune de meta-organisme și utilizarea secvențializării ADN-ului pentru investigarea directă a genelor și a genomului comunităților de microbi reprezintă aspecte esențiale ale unui domeniu relativ nou de studiu numit metagenomică. Potrivit unei revizuiri recente, metagenomica poate fi descrisă în mod oficial drept domeniul de cercetare care vizează cercetarea consorțiilor genelor și genomilor dintr-o anumită nișă și întrebarea "Cine este acolo? Ce fac ei? Cine face ce? Și cum este evoluția conducând acest lucru? "(Kennedy 2010).

Scăderea costurilor de secvențiere a ADN-ului a dus la o creștere explozivă a studiilor de metagenomie din ultimul deceniu. Poate că una dintre cele mai renumite expediții a fost expedierea Oceanului Global de Sampling (GOS), condusă de cercetătorul-showman Craig Venter, care a colectat mostre de microorganisme marine prin barca cu pânze din 2004 până în 2006, deoarece a fost navigat în întreaga lume. Într-un studiu pilot desfășurat în 2003 cu probe din Marea Sargaselor, echipa GOS a secvențializat aproximativ 1 gigabază (GB) de ADN unic cu secvențierea Sangerului și a descoperit mai mult de un milion de gene noi. Mai multe au fost descoperite și adnotate în timpul și după expediția principală a GOS.

Alte studii au utilizat tehnici de metagenomică pentru a investiga comunitățile microbiene complexe ale intestinului subțire uman (pentru a înțelege mai bine sănătatea umană), a albiei unui sistem de drenaj al apei acide (investigând noi abordări pentru remedierea mediului) bureți (căutând noi medicamente potențiale). O revizuire a domeniului în 2011 de către Gilbert & Dupont a estimat că au avut loc aproximativ 45 de studii marine metagenomice majore de la mijlocul anilor nouăzeci.

În ciuda progreselor în secvențiere, este posibilă doar secventa unei mici fracțiuni de ADN care poate fi izolată dintr-o anumită comunitate, astfel încât studiile metagenomice sunt proiectate în mod tipic pentru a secvența selectiv fracțiunea cea mai informativă din ADN din eșantion. Cele două modele sunt numite sondaje de mediu cu un singur gen și studii aleatoare ale puștilor. Pentru a cita din această revizuire recentă privind metagenomia marină,

"[Anchetele ecologice cu o singură genă] pot fi văzute ca un studiu metagenomic orientat, concentrat. Obiectivele unice sunt amplificate folosind PCR și apoi produsele sunt secvențiate, oferind o analiză a gamei de ortologi diferiți ... pentru acea genă într-o anumită comunitate ".

Metagenomica cu pistoale aleatoare este un studiu in care ADN-ul total a fost izolat dintr-o proba apoi secventiata, rezultand un profil al tuturor genelor din cadrul comunitatii. Acoperirea în comunitate a ambelor abordări este în întregime dependentă de profunzimea secvențierii, adică, câte fragmente de gene sunt obținute în timpul secvențierii. "

Deci, ce abordare vom lua? Nu suntem încă siguri. Încă cercetăm protocoalele tipice și costurile (precum și legalitatea) ambelor tipuri de studii. Puteți să consultați colecția noastră de literatură despre mendeley și să sugerați articole pe care ar trebui să le citiți. (Pentru introducerea cu acces deschis la metagenomică, consultați această lucrare, această lucrare și această recenzie).

Unele idei: Am putea proiecta un sondaj cu o singură genă pentru a căuta noi proteine ​​fluorescente? Nu am idee dacă există secvențe conservate între familiile cunoscute de proteine ​​fluorescente care ar putea fi vizate de primeri degenerați, dar dacă este posibil, atunci ar putea fi un studiu destul de rece - poate am găsi o nouă proteină fluorescentă!

Cel puțin, putem face metagenomie clasică și putem estima diversitatea microbiană și compoziția populației din mai multe probe cu abordări de codificare a codului ADN. Acesta ar fi un alt sondaj cu o singura gena privind secventele de ADN ribozomale ale 16s si probabil una sau doua gene bine-cunoscute metabolice.

În plus, am putea examina modul în care se schimbă diversitatea microbiană împreună cu un anumit parametru de mediu, cum ar fi pH-ul, temperatura, adâncimea, fierul dizolvat, nitrații, oxigenul sau apropierea de alte organisme. Vom măsura și înregistra fiecare dintre ele cu fiecare mostră pe care o colectăm împreună cu coordonatele și fotografiile GPS.

În orice caz, vom încerca să facem metagnomici de bază. Mă voi întoarce după ce am aplicat metodele specifice pe care le vom folosi - dar, în mod esențial, vom colecta mai multe eșantioane de comunități microbiene marine, vom salva ADN-ul pentru analize metagenomice, vom face niște imagini microscopice ale probelor și încercați să măsurați unele dintre condițiile de mediu ale fiecărei locații de prelevare a probelor.

Am plecat să-i lovesc cărțile și magazinul de hardware.

Referințe

Gilbert, J. a. Și Dupont, C. L. (2011). Metagenomica microbiană: Dincolo de genom. Revizuirea anuală a științei marine, 3 (1), 347-371. doi: 10.1146 / annurev-marin-120,709-142,811

Kennedy, J., Flemer, B., Jackson, S. a, Lejon, D. P. H., Morrissey, J.P., O'Gara, F., & Dobson, A.D. W. (2010). Metagenomică marină: instrumente noi pentru studiul și exploatarea metabolismului microbian marin. Marine drugs, 8 (3), 608-28. doi: 10.3390 / md8030608

Men, A., Forrest, S., & Siemering, K. (2011). Metagenomica și dincolo de ea: instrumente noi pentru sistemele microbiene. Microbiology Australia, 32, 86-89. Adus de la http://microbiology.publish.csiro.au/view/journals/dsp_journal_file.cfm?file_id=MA11086.pdf

Zarraonaindia, I., Smith, D. P., & Gilbert, J. a. (2013). Dincolo de genom: analiza la nivel comunitar a lumii microbiene. Biologie și filozofie, 28 (2), 261-282. doi: 10.1007 / s10539-012-9357-8

Acțiune

Lasa Un Comentariu