Vnútri plánu na vybudovanie trezoru súdneho dňa pre baktérie

Nórske súostrovie Svalbard je domovom ľadových jaskýň, saňových psov a dokonca aj ľadových medveďov, no najznámejším je pravdepodobne Globálny trezor semien, tzv. obrovská banka semien zabudované priamo na svahu zamrznutej hory. Myšlienka je, že ak svet utrpí nejaký druh zničujúcej katastrofy, ktorá zničí ostatné génové banky, Svalbardský trezor fungovala by ako záloha a umožnila by ľudstvu znovu osídliť svet dôležitými rastlinnými druhmi, ako sú základné plodiny a liečivá bylinky.

Semená však nie sú jedinou časťou prírodného sveta, ktorú by sme si mohli chcieť zálohovať. Nedávno vedci začali zvažovať výhody vybudovania podobného trezoru pre dôležité mikróby – Noemovej archy pre baktérie, ak chcete.

Keď sa doktorka Maria Gloria Dominguez-Bello, mikrobiologička z Rutgers University, dopočula o skladovaní semien, naskočili jej paralely, povedala pre Digital Trends. "Bolo to také zrejmé a veľmi ma zaujala myšlienka urobiť niečo také pre mikrobióm," povedala.

Vaša mikrobiota a vy

Mikrobiota sú všetky mikroorganizmy – vrátane baktérií, vírusov a húb – nachádzajúce sa v konkrétnom prostredí, ako je koža alebo gastrointestinálny trakt. Mikrobióm sa vzťahuje na tieto mikroorganizmy a ich gény. Mnoho faktorov ovplyvňuje zmes týchto mikróbov v čreve, vrátane oboch dedičné a životného prostredia komponentov. Výskum o tom, ako mikrobiota ovplyvňuje ľudské zdravie, je stále relatívne nový, ale predpokladá sa, že hrajú úlohu v imunitnom systéme, syntéze enzýmov a trávení komplexných sacharidov.

Niektorí výskumníci študujú spôsoby, akými mikrobiota ľudí v priemyselných oblastiach sa od tých odlišujú vo vidieckych alebo odľahlých oblastiach. Strava, znečistenie, lieky, hygiena a iné ukazovatele mestského prostredia by mohli prejaviť tieto zmeny v mikroorganizmoch. Zatiaľ čo štúdie ukázali, že takéto rozdiely existujú, zatiaľ nie je úplne jasné, že tieto zmeny vedú k nárastu chronických stavov, ako je cukrovka alebo srdcové choroby.

Dominguez-Bello sa však obáva, že ako výskum mikrobioty dozrieva, jeho praktici môžu strácať hodnotné údaje od domorodého obyvateľstva s tradičnejším a rôznorodejším životným štýlom mikrobiota. "V čase, keď budeme vedieť lepšie - ak to nezachránime teraz, nebudeme to mať," povedala.

V prípade núdze

Dominguez-Bello, ktorá pracovala vo svojej rodnej Venezuele a Portoriku, z prvej ruky pozná riziká, ktoré predstavujú politické nepokoje a klimatické hrozby pre zbierky vzoriek. V roku 2012 sa presťahovala na New York University, kde už po mesiaci zasiahol hurikán Sandy. Ona a jej tím museli ísť do laboratória s čelovkami, aby zachránili vzorky. „Žila som na vlastnej koži, aké zraniteľné sú naše individuálne zbierky,“ povedala.

Po kontaktovaní výskumníkov zapojených do projektu Svalbard začala Dominguez-Bello zhromažďovať vedcov vo svojom vlastnom odbore, aby sa pozreli na potenciál vytvorenia trezoru mikrobioty. V polovici júna tohto roku štúdia uskutočniteľnosti z dvoch nezávislých agentúr, EvalueScience a Advocacy, zistila, že návrh má „veľký význam a potenciál.” Dominguez-Bello vidí dokončenie štúdie ako presun projektu z gestačného na novorodenca fáza. Ďalšími krokmi je vytvorenie niekoľkých výborov venovaných propagácii a filantropii; dokončiť umiestnenie trezoru, financovanie, technické problémy; zlepšiť vzdelávanie a medzinárodné vzťahy; a ďalšie oblasti.

Na celom svete už existuje množstvo zbierok mikroorganizmov, vrátane Americký projekt čriev, Asia Microbiota Bank, a Projekt Milión mikrobiómov ľudí. Jedným z hlavných krokov bude presvedčenie správcov takýchto bánk, aby odovzdali vzorky na zálohovanie. Ďalším cieľom je podporiť vytváranie viacerých miestnych zbierok, najmä domorodých skupín.

„Miestne zbierky sú mimoriadne dôležité, pretože miestne zbierky sú živé zbierky,“ povedal Dominguez-Bello. Tieto vzorky by sa mohli použiť na výskum a spoluprácu s ďalším materiálom pripraveným na dlhodobé skladovanie v trezore. Jedného dňa by v trezore mohli byť státisíce vzoriek, ale pilotný program by sa začal s niekoľkými tisíckami.

Účastníci trezoru začali nadväzovať kontakty v niekoľkých krajinách vrátane Peru, Bolívie a Indonézie. "A spôsob, akým to plánujeme urobiť, je prostredníctvom vzdelávania," povedal Dominguez-Bello.

Plánom je partnerstvo s univerzitami v rôznych krajinách s cieľom naučiť miestnych vedcov o mikrobióme, prečo sú takéto zbierky potrebné a ako zbierať a uchovávať vzorky. "Toto je viac než len mikrobiológia," povedal Dominguez-Bello. "To je tiež antropológia a etika." Spojením s miestnymi odborníkmi by zahraničné univerzity môžu mať ľahší čas zisťovať zákony a povolenia, ako aj komunikovať s domorodými obyvateľmi skupiny. Prvý 10-dňový kurz bol naplánovaný na Peru, ale to bolo pred COVID-19.

Miestne lekárske tímy alebo antropológovia budú tiež oboznámení s jedinečnými výzvami danej oblasti, ako je napríklad to, či je elektrina dostatočne spoľahlivá na to, aby vzorky zostali chladné. Dlhodobé uchovávanie predstavuje iné výzvy ako živé vzorky. Štúdia uskutočniteľnosti potvrdila, že o príprave mikroorganizmov na takéto skladovanie je veľa, čomu výskumníci nerozumejú. Niektoré metódy môžu zachovať určité organizmy a zabiť iné.

Dve potenciálne metódy pre trezor sú kryokonzervácia s tekutým dusíkom a lyofilizácia alebo lyofilizácia. Zatiaľ čo tekutý dusík je zlatým štandardom, Dominguez-Bello povedal, že lyofilizované vzorky by nevyžadovali elektrinu, ak by boli skladované na dostatočne chladnom mieste. Organizátori trezoru mikrobioty zvažujú buď Švajčiarsko alebo Nórsko, prípadne obe lokality. Autori štúdie uskutočniteľnosti navrhli lyofilizované vzorky potenciálne uchovávať v trezore semien Svalbard.

Etické problémy

Na rozdiel od trezoru plného semien, so zberom a uchovávaním ľudských vzoriek sú spojené aj etické obavy a obavy o súkromie. Zákony v oboch krajinách, kde sa zbierky uchovávajú a obstarávajú, sa môžu líšiť. Napríklad niektoré krajiny – vrátane Švajčiarska a Nórska – sú súčasťou Nagojský protokol, medzinárodná dohoda, ktorá sa pokúša spravodlivo rozdeliť výhody plynúce z genetického výskumu. O tom, či vzorky mikrobioty spadajú pod túto dohodu, sa stále diskutuje.

Bez ohľadu na to Dominguez-Bello verí, že každá inštitúcia, ktorá dúfa, že bude profitovať z týchto vzoriek mikrobioty – napríklad vytvorením nového probiotika – má zodpovednosť voči komunitám, ktoré darovali relevantné vzorky. "Existuje etický záväzok voči ľuďom, ktorí boli zdrojom týchto baktérií," povedala. Výskumníci môžu napríklad pomôcť pri prestavbe škôl alebo poskytnúť lekárske vybavenie na základe potrieb danej oblasti. "Musíte urobiť niečo pre dobro, pre blaho ich komunity ako celku," povedala.

Trezor bude tiež musieť vyvážiť otvorené zdieľanie údajov a zároveň zachovať súkromie nielen jednotlivcov, ale potenciálne aj celých komunít. Keď sú populácie dostatočne malé, dokonca aj udanie veku môže spôsobiť, že budú identifikovaní.

Vault je zároveň určený na podporu siete, ktorá podporuje spoluprácu medzi výskumníkmi. „Myslím si, že to veľmi úzko súvisí so vzdelávaním nielen našich študentov – budúcej generácie vedcov z USA alebo Francúzska alebo Švajčiarska alebo Švédska alebo Nórska, resp. Portugalsko – ale aj“ v krajinách s minimálnym prístupom k laboratóriám a zariadeniam, povedal Dominguez-Bello, ktorý dodal, že „musíme rozšíriť vedeckú komunitu, aby začlenila ich. Myslím si, že mikrobióm je na to ideálnou arénou.“