Tema

Utan mikroorganismer inga ekotjänster

Arkéer och bakterier finns överallt. Deras liv är en förutsättning för våra. Dna från mer än 52 000 mikroorganismer ska hjälpa forskare förstå hur människor påverkar mikrolivet på jorden.

Rent vatten, ren luft, bördiga jordar. Jordens olika ekosystem fyller en rad livsavgörande funktioner. Detta kallas ekosystemtjänster, och inget av det vi kallar ekosystemtjänster skulle vara möjligt utan mikroorganismer.

Ju mer vi vet om mikroorganismerna och deras värld desto bättre förstår vi förutsättningarna för vår egen existens. Och om vi vill veta hur våra handlingar påverkar mikroorganismerna, är det centralt att veta var de finns, hur många de är, och deras funktion i ekosystemet. Ett effektivt sätt att ta reda på det, är att sekvensera deras arvsmassa.

Drygt 10 000 olika miljöprov

Detta kräver stora tekniska resurser men är idag fullt möjligt, och har nyligen genomförts i en oöverträffad skala av ett stort konsortium med forskare från hela världen. Två av dem är professor Stefan Bertilsson och docent Sari Peura från Sveriges lantbruksuniversitet.

– Det häftiga med den här studien är omfånget, både i storlek och i hur skilda miljöer som analyserats, säger Sari Peura. Tillsammans har forskarna bidragit med 10 450 olika miljöprov som innehåller mikroorganismer; drygt 3 000 från olika vattendrag, drygt 3 000 från människokroppen, nästan 2 000 från jordar av olika slag, och så vidare.

– När allt detta sekvenserats och pusslats ihop och jämförts med tidigare sekvenser, resulterar det i en katalog som beskriver arvsmassan hos 52 515 bakterier och arkéer av vilka 12 556 är tidigare helt okända. Trots att arvsmassan inte alltid är fullständigt beskriven är detta ändå en enorm resurs som nu kommer forskarsamhället till godo – katalogen har ökat den kända variationen hos bakterier och arkéer med 44 procent i ett enda steg.

Insamling av prover från sjön Alinen Mustajärvi i södra Finland, en av 10450 miljöer som ingick i studien. Foto: Sari Peura

Gigantiskt pussel

Under det sista dryga decenniet har möjligheten att kartlägga en arts hela arvsmassa gått från ett svårt och resurskrävande arbete till daglig rutin. Idag har vi tillgång till information om arvsmassan hos ungefär en halv miljon arter.

Svårigheten ligger inte längre i själva sekvensanalysen, utan i att få fram tillräckligt mycket biomassa. Det är förstås enkelt om arten är ett träd, ett däggdjur eller en bakterie som går att odla i ett laboratorium. Även bakterier som inte går att odla kan sekvenseras från enskilda celler.

När artens själva existens är okänd, kan man idag använda sig av metagenomik, en metodansats där man sekvenserar småbitar av allt dna från ett komplext miljöprov såsom havsvatten, jord, eller insidan av en komage. Sedan försöker man sätta ihop de olika sekvenserna i något som kan liknas vid ett gigantiskt pussel, för att därefter jämföra dem med redan existerande sekvensinformation från olika organismers arvsmassa.

Forskare världen över hjälptes åt

Studien har hyllats  för dess inkluderande ansats – i en värld där enskilda forskargrupper ofta tävlar om att vara först, har här forskare från hela världen samlats för att göra något gemensamt över gränserna. Resultatet blir en studie av en omfattning som ingen enskild forskare eller lärosäte har möjlighet att göra på egen hand, menar Stefan Bertilsson.

– Det finns många användningsområden för denna databas. Forskare kan nu med enkla medel kartlägga var i världen olika mikroorganismer återfinns, hur vanliga de är och mycket annat. Dessutom har det i projektet utvecklats flera verktyg för att göra djupdykningar i katalogen, för att exempelvis analysera mikroorganismernas produktion av sekundärmetaboliter, deras ämnesomsättning, interaktioner med kända virus och annat. Detta är ett utmärkt exempel på hur stora och direkt användbara projekt vi kan genomföra när vi arbetar tillsammans.

Euglenider är ett släkte med encelliga organismer, som varken är svampar, växter, eller djur. Bild: CC BY-SA 3.0

Globalt samarbete kring mikrobers genom

Databasen bygger på sekvenserat material från 10 450 olika miljöprov från hela världen – från människokroppen till friska luften och havens djup – och förväntas bli en värdefull vetenskaplig resurs. Den beskriver arvsmassan från mer än 52 000 olika bakterier och arkéer, varav över 12 500 fram till nu okända. Den visar i vilka miljöer och i vilken mängd nästan vilken bakterieart som helst förekommer, och hur deras arvsmassa ser ut och fungerar. Över tvåhundra forskare från hela världen har bidragit med material och analyser till studien, som sammanställts och författats vid DOE Joint Genome Institute i Berkeley, USA. Bidragen från svenska lärosäten kommer från Stefan Bertilsson och Sari Peura (SLU), Mark Dopson (Linnéuniversitetet), Sarahi L Garcia (Stockholms universitet) och Sara Sjöling (Södertörns högskola).

Kontakt:

Sari Peura, docent vid Institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi
Sveriges lantbruksuniversitet, Uppsala, sari.peura@slu.se
Stefan Bertilsson, professor vid Institutionen för vatten och miljö
Sveriges lantbruksuniversitet, Uppsala, stefan.bertilsson@slu.se

Vetenskaplig artikel:

Nayfach, S., Roux, S., Seshadri, R. et al. A genomic catalog of Earth’s microbiomes. Nature Biotechnology.

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Utan mikroorganismer inga ekotjänster

 lästid ~ 4 min