Inde i planen om at bygge en dommedagsboks til bakterier

Den norske øgruppe Svalbard er hjemsted for ishuler, slædehunde og endda isbjørne, men det, den nok er mest kendt for, er Global Seed Vault, en enorm frøbank bygget direkte ind i siden af ​​et frosset bjerg. Ideen er, at hvis verden lider en form for ødelæggende katastrofe, der udsletter andre genbanker, vil Svalbards hvælving ville fungere som en backup og give menneskeheden mulighed for at genbefolke verden med vigtige plantearter, såsom basisafgrøder og lægemidler urter.

Men frø er ikke den eneste del af den naturlige verden, som vi måske ønsker at beholde sikkerhedskopier af. For nylig er videnskabsmænd begyndt at overveje fordelene ved at bygge en lignende dommedagshvælving til vigtige mikrober - en Noahs ark til bakterier, om man vil.

Da Dr. Maria Gloria Dominguez-Bello, en mikrobiolog ved Rutgers University, hørte om frøopbevaringen, sprang parallellerne ud af hende, fortalte hun Digital Trends. "Det var så indlysende, og jeg blev meget interesseret i ideen om at gøre sådan noget for mikrobiomet," sagde hun.

Din mikrobiota og dig

Mikrobiota er alle mikroorganismer - inklusive bakterier, vira og svampe - der findes i et bestemt miljø, såsom huden eller mave-tarmkanalen. Mikrobiomet refererer til disse mikroorganismer og deres gener. Mange faktorer påvirker blandingen af ​​disse mikrober inde i tarmen, inklusive begge arvelig og miljømæssige komponenter. Forskning om, hvordan mikrobiota påvirker menneskers sundhed stadig forholdsvis ny, men de menes at spille roller i immunsystemet, enzymsyntese og fordøjelse af komplekse kulhydrater.

Nogle forskere studerer de måder, hvorpå mikrobiota af mennesker i industriområder adskiller sig fra dem i landdistrikter eller fjerntliggende områder. Kost, forurening, medicin, sanitet og andre markører for bymiljøer kunne manifestere disse ændringer i mikroorganismerne. Mens undersøgelser har vist det sådanne forskelle findes, er det endnu ikke helt klart, at disse ændringer driver stigninger i kroniske tilstande, såsom diabetes eller hjertesygdomme.

Alligevel er Dominguez-Bello bekymret for, at efterhånden som mikrobiotaforskningen modnes, kan dens praktikere miste ud på værdifulde data fra oprindelige befolkninger med mere traditionel livsstil og forskelligartet mikrobiota. "Når vi ved bedre - hvis vi ikke bevarer nu, vil vi ikke have det," sagde hun.

I nødstilfælde

Efter at have arbejdet i både sit hjemland Venezuela og Puerto Rico, kender Dominguez-Bello på egen hånd, hvilke farer politisk uro og klimatrusler udgør for prøvesamlinger. I 2012 flyttede hun til New York University, hvor orkanen Sandy efter kun en måned ramte. Hun og hendes team måtte gå ind i laboratoriet med pandelamper for at redde prøverne. "Jeg levede i min egen hud, hvor sårbare vores individuelle samlinger er," sagde hun.

Efter at have kontaktet forskerne involveret i Svalbard-projektet, begyndte Dominguez-Bello at samle forskere inden for sit eget felt for at se på potentialet i at skabe en mikrobiota-hvælving. I midten af ​​juni i år, en forundersøgelse fra to uafhængige bureauer, EvalueScience og Advocacy, fandt forslaget at være "af høj betydning og potentiel." Dominguez-Bello ser studiets afslutning som at flytte projektet fra graviditeten til den nyfødte fase. De næste skridt er at danne flere udvalg dedikeret til outreach og filantropi; færdiggøre hvælvingens placering, finansiering, tekniske problemer; forbedre uddannelse og internationale forbindelser; og andre områder.

Der findes allerede en række mikroorganismesamlinger over hele verden, herunder American Gut Project, Asia Microbiota Bank, og Million Microbiome of Humans-projekt. Et vigtigt skridt vil være at overtale sådanne bankers stewards til at udlevere prøver til backup-lagring. Et andet mål er at fremme oprettelsen af ​​flere lokale samlinger, især af oprindelige grupper.

"De lokale samlinger er ekstremt vigtige, fordi de lokale samlinger er de levende samlinger," sagde Dominguez-Bello. Disse prøver kunne bruges til forskning og samarbejde med ekstra materiale forberedt til langtidsopbevaring i hvælvingen. En dag kunne hvælvingen potentielt indeholde hundredtusindvis af prøver, men pilotprogrammet ville starte med et par tusinde.

Hvælvingens deltagere er begyndt at skabe kontakter i flere lande, herunder Peru, Bolivia og Indonesien. "Og måden, vi planlægger at gøre det på, er gennem uddannelse," sagde Dominguez-Bello.

Planen er at samarbejde med universiteter i forskellige lande for at lære lokale videnskabsmænd om mikrobiomet, hvorfor sådanne samlinger er nødvendige, og hvordan man indsamler og konserverer prøver. "Dette er mere end mikrobiologi," sagde Dominguez-Bello. "Dette er også antropologi og etik." Ved at komme i kontakt med lokale eksperter ville udenlandske universiteter potentielt have lettere ved at finde ud af love og tilladelser, samt at kommunikere med indfødte grupper. Det første 10-dages kursus var planlagt til Peru, men det var før COVID-19.

Lokale lægehold eller antropologer vil også være bekendt med et områdes unikke udfordringer, som om elektricitet er pålidelig nok til at holde prøverne kølige. Langtidskonservering giver andre udfordringer end levende prøver. Forundersøgelsen anerkendte, at der er meget om at forberede mikroorganismer til sådan opbevaring, som forskerne ikke forstår. Nogle metoder kunne bevare visse organismer, mens de dræber andre.

To potentielle metoder til hvælvingen er kryokonservering med flydende nitrogen og lyofilisering eller frysetørring. Mens flydende nitrogen er guldstandarden, sagde Dominguez-Bello, at frysetørrede prøver ikke ville kræve elektricitet, hvis de blev opbevaret i et koldt nok område. Mikrobiotahvælvingens arrangører overvejer enten Schweiz eller Norge eller potentielt begge steder. Feasibility-undersøgelsens forfattere foreslog, at frysetørrede prøver potentielt kunne opbevares i Svalbard-frøhvælvingen.

Etiske problemer

I modsætning til en hvælving fuld af frø, er der etiske og privatlivsmæssige bekymringer, der følger med indsamling og opbevaring af menneskelige prøver. Lovene i både de lande, hvor samlinger opbevares og indkøbes, kan variere. For eksempel er nogle lande - herunder Schweiz og Norge - en del af Nagoya-protokollen, en international aftale, der forsøger at dele fordelene, der kommer fra genetisk forskning, ligeligt. Hvorvidt mikrobiotaprøver falder ind under denne aftale er stadig under debat.

Uanset hvad mener Dominguez-Bello enhver institution, der håber at drage fordel af disse mikrobiotaprøver - for eksempel ved at skabe et nyt probiotikum — har et ansvar over for de samfund, der donerede relevant prøver. "Der er en etisk forpligtelse med de mennesker, der var kilden til disse bakterier," sagde hun. For eksempel kan forskere hjælpe med at genopbygge skoler eller levere medicinsk udstyr, baseret på et områdes behov. "Du er nødt til at gøre noget for det gode, for deres samfunds trivsel som helhed," sagde hun.

Hvælvingen skal også balancere åben deling af data og samtidig bevare privatlivets fred, ikke kun for enkeltpersoner, men potentielt for hele samfund. Når populationer er små nok, kan selv oplysning om en persons alder gøre dem identificerbare.

Samtidig skal hvælvingen skabe et netværk, der fremmer samarbejde mellem forskere. "Jeg tror, ​​at dette er meget tæt forbundet med at uddanne ikke kun vores studerende - den fremtidige generation af videnskabsmænd i USA eller Frankrig eller Schweiz eller Sverige eller Norge eller eller Portugal - men også" i lande med minimal adgang til laboratorier og udstyr, sagde Dominguez-Bello, der tilføjede, at vi skal "udvide det videnskabelige samfund til at inkorporere dem. Jeg tror, ​​at mikrobiomet er en perfekt arena til at gøre det."