Wewnątrz planu budowy skarbca zagłady dla bakterii

Norweski archipelag Svalbard jest domem dla jaskiń lodowych, psich zaprzęgów, a nawet niedźwiedzi polarnych, ale prawdopodobnie najbardziej znany jest z Globalnego Skarbca Nasion, ogromny bank nasion zbudowany bezpośrednio na zboczu zamarzniętej góry. Pomysł jest taki, że jeśli świat doświadczy niszczycielska katastrofa, która zniszczy inne banki genów, skarbiec Svalbardu działałby jako rezerwa i umożliwiłby ludzkości ponowne zasiedlenie świata ważnymi gatunkami roślin, takimi jak podstawowe rośliny uprawne i lecznicze zioła.

Jednak nasiona to nie jedyna część świata przyrody, której kopie zapasowe warto przechowywać. Niedawno naukowcy zaczęli rozważać korzyści płynące ze zbudowania podobnego skarbca zagłady dla ważnych drobnoustrojów – jeśli wolisz, Arki Noego dla bakterii.

Kiedy dr Maria Gloria Dominguez-Bello, mikrobiolog z Rutgers University, usłyszała o przechowywaniu nasion, rzuciły jej się w oczy podobieństwa, powiedziała Digital Trends. „To było tak oczywiste, że bardzo zainteresowałam się pomysłem zrobienia czegoś takiego dla mikrobiomu” – powiedziała.

Twoja mikroflora i Ty

Mikrobiota to wszystkie mikroorganizmy – w tym bakterie, wirusy i grzyby – występujące w określonym środowisku, takim jak skóra lub przewód pokarmowy. Mikrobiom odnosi się do tych mikroorganizmów i ich genów. Wiele czynników wpływa na mieszankę tych drobnoustrojów w jelitach, w tym oba dziedziczny I środowiskowy składniki. Badania nad wpływem mikroflory na zdrowie człowieka wciąż stosunkowo nowy, ale uważa się, że odgrywają rolę w układzie odpornościowym, syntezie enzymów i trawieniu węglowodanów złożonych.

Niektórzy badacze badają, w jaki sposób mikroflora ludzi na obszarach przemysłowych różnią się od tych na obszarach wiejskich lub odległych. Dieta, zanieczyszczenie, leki, warunki sanitarne i inne wskaźniki środowiska miejskiego mogą objawiać te zmiany w mikroorganizmach. Chociaż badania to wykazały istnieją takie różnicenie jest jeszcze całkowicie jasne, czy zmiany te powodują wzrost zachorowalności na choroby przewlekłe, takie jak cukrzyca czy choroby serca.

Dominguez-Bello obawia się jednak, że w miarę dojrzewania badań nad mikroflorą ich praktycy mogą ponieść straty na podstawie cennych danych pochodzących od rdzennej ludności prowadzącej bardziej tradycyjny i zróżnicowany styl życia mikrobiota. „Zanim będziemy wiedzieć lepiej, jeśli nie będziemy oszczędzać teraz, nie będziemy tego mieć” – powiedziała.

W razie wypadku

Pracując zarówno w rodzinnej Wenezueli, jak i w Portoryko, Dominguez-Bello zna z pierwszej ręki zagrożenia, jakie dla kolekcji próbek stanowią niepokoje polityczne i zagrożenia klimatyczne. W 2012 roku przeniosła się na Uniwersytet Nowojorski, gdzie już po miesiącu uderzył huragan Sandy. Ona i jej zespół musieli udać się do laboratorium z latarkami czołowymi, aby uratować próbki. „Na własnej skórze doświadczyłam, jak bezbronne są nasze indywidualne kolekcje” – powiedziała.

Po skontaktowaniu się z badaczami zaangażowanymi w projekt na Svalbardzie Dominguez-Bello zaczęła gromadzić naukowców ze swojej dziedziny, aby przyjrzeć się możliwościom stworzenia skarbca mikrobioty. W połowie czerwca tego roku studium wykonalności dwie niezależne agencje, EvalueScience i Advocacy, uznały tę propozycję za „duże znaczenie i potencjał." Dominguez-Bello postrzega zakończenie badania jako przeniesienie projektu z okresu ciąży na noworodka faza. Kolejne kroki obejmują utworzenie kilku komitetów zajmujących się działaniami informacyjnymi i filantropią; sfinalizować lokalizację skarbca, finansowanie i kwestie techniczne; poprawić edukację i stosunki międzynarodowe; i inne obszary.

Na całym świecie istnieje już wiele kolekcji mikroorganizmów, m.in Amerykański projekt Gut, Azjatycki Bank Mikrobioty, oraz Projekt Milion Mikrobiomu Ludzi. Istotnym krokiem będzie przekonanie zarządców takich banków do przekazywania próbek do przechowywania zapasowego. Kolejnym celem jest zachęcanie do tworzenia większej liczby kolekcji lokalnych, zwłaszcza grup autochtonicznych.

„Lokalne zbiory są niezwykle ważne, ponieważ lokalne zbiory są zbiorami żywymi” – powiedział Dominguez-Bello. Próbki te można wykorzystać do badań i współpracy, a dodatkowy materiał będzie przygotowany do długotrwałego przechowywania w skarbcu. Pewnego dnia skarbiec będzie mógł potencjalnie pomieścić setki tysięcy próbek, ale program pilotażowy zacznie się od kilku tysięcy.

Uczestnicy skarbca nawiązali kontakty w kilku krajach, m.in. w Peru, Boliwii i Indonezji. „Planujemy to osiągnąć poprzez edukację” – powiedział Dominguez-Bello.

Planuje się nawiązać współpracę z uniwersytetami w różnych krajach, aby uczyć lokalnych naukowców o mikrobiomie, dlaczego potrzebne są takie kolekcje oraz o tym, jak zbierać i przechowywać próbki. „To coś więcej niż mikrobiologia” – powiedział Dominguez-Bello. „To także antropologia i etyka”. Dzięki nawiązaniu kontaktu z lokalnymi ekspertami zagraniczne uniwersytety mogłyby to zrobić potencjalnie łatwiej jest im znaleźć przepisy i pozwolenia, a także komunikować się z rdzennymi mieszkańcami grupy. Pierwszy 10-dniowy kurs zaplanowano w Peru, ale było to przed pandemią Covid-19.

Lokalne zespoły medyczne lub antropolodzy będą również zaznajomieni z wyjątkowymi wyzwaniami stojącymi przed danym obszarem, takimi jak to, czy energia elektryczna jest wystarczająco niezawodna, aby utrzymać niską temperaturę próbek. Długoterminowa konserwacja stwarza inne wyzwania niż żywe próbki. W studium wykonalności przyznano, że przygotowanie mikroorganizmów do takiego przechowywania wiąże się z wieloma kwestiami, których badacze nie rozumieją. Niektóre metody mogą chronić niektóre organizmy, jednocześnie zabijając inne.

Dwie potencjalne metody przechowywania w skarbcu to kriokonserwacja w ciekłym azocie i liofilizacja lub liofilizacja. Chociaż ciekły azot to złoty standard, Dominguez-Bello powiedział, że liofilizowane próbki nie będą wymagały prądu, jeśli będą przechowywane w wystarczająco zimnym miejscu. Organizatorzy skarbca mikrobioty rozważają Szwajcarię lub Norwegię lub potencjalnie obie lokalizacje. Autorzy studium wykonalności zasugerowali, że liofilizowane próbki mogłyby potencjalnie być przechowywane w skarbcu nasion Svalbardu.

Zagadnienia etyczne

W przeciwieństwie do skarbca pełnego nasion, gromadzenie i przechowywanie próbek ludzkich wiąże się z obawami dotyczącymi etyki i prywatności. Przepisy obowiązujące w obu krajach, w których zbiory są przechowywane i nabywane, mogą się różnić. Na przykład niektóre kraje – w tym Szwajcaria i Norwegia – są częścią Protokół z Nagoi, międzynarodowe porozumienie mające na celu sprawiedliwy podział korzyści płynących z badań genetycznych. To, czy próbki mikroflory wchodzą w zakres tej umowy, jest nadal przedmiotem dyskusji.

Niezależnie od tego Dominguez-Bello wierzy, że każda instytucja, która ma nadzieję czerpać zyski z tych próbek mikrobioty: na przykład tworząc nowy probiotyk — ma obowiązki wobec społeczności, które przekazały odpowiednie środki próbki. „Istnieją etyczne obowiązki wobec ludzi, którzy byli źródłem tych bakterii” – stwierdziła. Na przykład badacze mogą pomóc w odbudowie szkół lub zapewnić sprzęt medyczny, w zależności od potrzeb danego obszaru. „Musisz zrobić coś dla dobra, dla dobra społeczności jako całości” – stwierdziła.

Skarbiec będzie musiał także zrównoważyć otwarte udostępnianie danych przy jednoczesnym zachowaniu prywatności nie tylko poszczególnych osób, ale potencjalnie całych społeczności. Gdy populacja jest wystarczająco mała, nawet podanie wieku danej osoby może ułatwić jej identyfikację.

Jednocześnie skarbiec ma służyć tworzeniu sieci, zachęcając badaczy do współpracy. „Myślę, że jest to bardzo ściśle powiązane z kształceniem nie tylko naszych studentów – przyszłego pokolenia naukowców z USA, Francji, Szwajcarii, Szwecji, Norwegii lub lub Portugalii — ale także” w krajach o minimalnym dostępie do laboratoriów i sprzętu, powiedział Dominguez-Bello, dodając, że musimy „poszerzyć społeczność naukową, aby włączyć ich. Myślę, że mikrobiom jest do tego idealną areną”.