Inne i planen om å bygge et dommedagshvelv for bakterier

Den norske skjærgården Svalbard er hjemsted for isgrotter, sledehunder og til og med isbjørner, men det den uten tvil er mest kjent for er Global Seed Vault, et enorm frøbank bygget direkte inn i siden av et frossent fjell. Tanken er at hvis verden lider av en slags ødeleggende katastrofe som utsletter andre genbanker, vil Svalbards hvelv ville fungere som en sikkerhetskopi og tillate menneskeheten å gjenbefolke verden med viktige plantearter, som stiftavlinger og medisinske urter.

Men frø er ikke den eneste delen av den naturlige verden som vi kanskje ønsker å ta sikkerhetskopi av. Nylig har forskere begynt å vurdere fordelene ved å bygge et lignende dommedagshvelv for viktige mikrober - en Noahs ark for bakterier, om du vil.

Da Dr. Maria Gloria Dominguez-Bello, en mikrobiolog ved Rutgers University, hørte om frølagringen, spratt parallellene ut på henne, sa hun til Digital Trends. "Det var så åpenbart, og jeg ble veldig interessert i ideen om å gjøre noe sånt for mikrobiomet," sa hun.

Din mikrobiota og deg

Mikrobiota er alle mikroorganismer - inkludert bakterier, virus og sopp - som finnes i et bestemt miljø, som huden eller mage-tarmkanalen. Mikrobiomet refererer til disse mikroorganismene og deres gener. Mange faktorer påvirker blandingen av disse mikrobene inne i tarmen, inkludert begge arvelig og Miljø komponenter. Forskning om hvordan mikrobiota påvirker menneskers helse fortsatt relativt ny, men de antas å spille roller i immunsystemet, enzymsyntesen og fordøyelsen av komplekse karbohydrater.

Noen forskere studerer hvordan mikrobiotaen til mennesker i industriområder skiller seg fra disse på landsbygda eller avsidesliggende områder. Kosthold, forurensning, medisiner, sanitærforhold og andre markører for urbane miljøer kan manifestere disse endringene i mikroorganismene. Mens studier har vist det slike forskjeller finnes, er det ennå ikke helt klart at disse endringene fører til økninger i kroniske tilstander, som diabetes eller hjertesykdom.

Likevel er Dominguez-Bello bekymret for at etter hvert som mikrobiotaforskningen modnes, kan utøverne tape ut på verdifulle data fra urbefolkninger med mer tradisjonell livsstil og mangfoldig mikrobiota. "Når vi vet bedre - hvis vi ikke bevarer nå, vil vi ikke ha det," sa hun.

I nødstilfelle

Etter å ha jobbet i både hjemlandet Venezuela og Puerto Rico, kjenner Dominguez-Bello fra første hånd til farene som politisk uro og klimatrusler utgjør for prøvesamlinger. I 2012 flyttet hun til New York University, hvor orkanen Sandy rammet etter bare en måned. Hun og teamet hennes måtte gå inn i laboratoriet med hodelykter for å redde prøvene. "Jeg levde, i min egen hud, hvor sårbare våre individuelle samlinger er," sa hun.

Etter å ha kontaktet forskerne involvert i Svalbard-prosjektet, begynte Dominguez-Bello å sette sammen forskere innen sitt eget felt for å se på potensialet ved å lage et mikrobiotahvelv. I midten av juni i år, en mulighetsstudie fra to uavhengige byråer, EvalueScience and Advocacy, fant forslaget å være "av høy betydning og potensiell." Dominguez-Bello ser på at studiens fullføring flytter prosjektet fra svangerskapet til nyfødt fase. De neste trinnene er å danne flere komiteer dedikert til oppsøkende arbeid og filantropi; fullføre hvelvets plassering, finansiering, tekniske problemer; forbedre utdanning og internasjonale relasjoner; og andre områder.

Det finnes allerede en rekke mikroorganismesamlinger over hele verden, inkludert American Gut Project, Asia Microbiota Bank, og Million Microbiome of Humans-prosjektet. Et viktig skritt vil være å overtale forvaltere av slike banker til å overlevere prøver for sikkerhetskopiering. Et annet mål er å oppmuntre til opprettelse av flere lokale samlinger, spesielt av urfolksgrupper.

"De lokale samlingene er ekstremt viktige fordi de lokale samlingene er de levende samlingene," sa Dominguez-Bello. Disse prøvene kunne brukes til forskning og samarbeid, med ekstra materiale klargjort for langtidslagring i hvelvet. En dag kunne hvelvet potensielt inneholde hundretusenvis av prøver, men pilotprogrammet ville starte med noen få tusen.

Hvelvets deltakere har begynt å knytte kontakter i flere land, inkludert Peru, Bolivia og Indonesia. "Og måten vi planlegger å gjøre det på er gjennom utdanning," sa Dominguez-Bello.

Planen er å samarbeide med universiteter i forskjellige land for å lære lokale forskere om mikrobiomet, hvorfor slike samlinger er nødvendige, og hvordan man samler inn og bevarer prøver. "Dette er mer enn mikrobiologi," sa Dominguez-Bello. "Dette er også antropologi og etikk." Ved å komme i kontakt med lokale eksperter, ville utenlandske universiteter potensielt ha lettere for å finne ut av lover og tillatelser, samt å kommunisere med urfolk grupper. Det første 10-dagers kurset var planlagt for Peru, men det var før COVID-19.

Lokale medisinske team eller antropologer vil også være kjent med et områdes unike utfordringer, for eksempel om elektrisitet er pålitelig nok til å holde prøvene kjølige. Langtidskonservering gir andre utfordringer enn levende prøver. Mulighetsstudien anerkjente at det er mye om å forberede mikroorganismer for slik lagring som forskerne ikke forstår. Noen metoder kan bevare visse organismer mens de dreper andre.

To potensielle metoder for hvelvet er kryokonservering, med flytende nitrogen, og lyofilisering, eller frysetørking. Mens flytende nitrogen er gullstandarden, sa Dominguez-Bello at frysetørkede prøver ikke ville kreve strøm hvis de ble lagret i et kaldt nok område. Arrangørene av mikrobiotahvelvet vurderer enten Sveits eller Norge, eller potensielt begge steder. Forfatterne av mulighetsstudien antydet at frysetørkede prøver potensielt kunne oppbevares i frøhvelvet på Svalbard.

Etiske problemstillinger

I motsetning til med et hvelv fullt av frø, er det etiske og personvernhensyn som følger med innsamling og oppbevaring av menneskelige prøver. Lovene i begge landene der samlinger lagres og anskaffes kan variere. For eksempel er noen land – inkludert Sveits og Norge – en del av Nagoya-protokollen, en internasjonal avtale som forsøker å rettferdig dele fordelene som kommer fra genetisk forskning. Hvorvidt mikrobiotaprøver faller inn under denne avtalen er fortsatt under debatt.

Uansett, tror Dominguez-Bello enhver institusjon som håper å tjene på disse mikrobiotaprøvene - for eksempel ved å lage et nytt probiotikum — har et ansvar overfor samfunnene som donerte relevant prøver. "Det er en etisk forpliktelse med menneskene som var kilden til disse bakteriene," sa hun. For eksempel kan forskere hjelpe til med å gjenoppbygge skoler eller skaffe medisinsk utstyr, basert på et områdes behov. "Du må gjøre noe for det gode, for trivselen til samfunnet som helhet," sa hun.

Hvelvet vil også måtte balansere åpen deling av data samtidig som personvernet opprettholdes, ikke bare for enkeltpersoner, men potensielt for hele samfunn. Når populasjonene er små nok, kan selv å oppgi en persons alder gjøre dem identifiserbare.

Samtidig er hvelvet ment å fremme et nettverk, og oppmuntre til samarbeid mellom forskere. "Jeg tror dette er veldig nært knyttet til å utdanne ikke bare våre studenter - den fremtidige generasjonen av forskere i USA eller Frankrike eller Sveits eller Sverige eller Norge eller eller Portugal - men også" i land med minimal tilgang til laboratorier og utstyr, sa Dominguez-Bello, som la til at vi må "utvide det vitenskapelige samfunnet for å inkludere dem. Jeg tror mikrobiomet er en perfekt arena for å gjøre det.»