Inuti planen att bygga ett domedagsvalv för bakterier

Den norska skärgården Svalbard är hem för isgrottor, slädhundar och till och med isbjörnar, men vad den utan tvekan är mest känd för är Global Seed Vault, en enorm fröbank inbyggd direkt i sidan av ett fruset berg. Tanken är att om världen drabbas av någon form av förödande katastrof som utplånar andra genbanker, Svalbards valv skulle fungera som en backup och tillåta mänskligheten att återbefolka världen med viktiga växtarter, såsom basgrödor och medicin örter.

Men frön är inte den enda delen av den naturliga världen som vi kanske vill ha säkerhetskopior av. Nyligen har forskare börjat överväga fördelarna med att bygga ett liknande domedagsvalv för viktiga mikrober – en Noaks ark för bakterier, om man så vill.

När Dr Maria Gloria Dominguez-Bello, mikrobiolog vid Rutgers University, hörde talas om frölagringen, hoppade parallellerna ut på henne, berättade hon för Digital Trends. "Det var så uppenbart, och jag blev väldigt intresserad av idén att göra något sådant för mikrobiomet," sa hon.

Din mikrobiota och du

Mikrobiota är alla mikroorganismer - inklusive bakterier, virus och svampar - som finns i en viss miljö, som huden eller mag-tarmkanalen. Mikrobiomet hänvisar till dessa mikroorganismer och deras gener. Många faktorer påverkar blandningen av dessa mikrober inuti tarmen, inklusive båda ärftlig och miljö- komponenter. Forskning om hur mikrobiota påverkar människors hälsa fortfarande relativt ny, men de tros spela roller i immunsystemet, enzymsyntesen och nedbrytningen av komplexa kolhydrater.

Vissa forskare studerar hur mikrobiotan hos människor i industriområden skiljer sig från dessa på landsbygden eller i avlägsna områden. Kost, föroreningar, medicinering, sanitet och andra markörer för stadsmiljöer kan manifestera dessa förändringar i mikroorganismerna. Medan studier har visat det sådana skillnader finns, är det ännu inte helt klart att dessa förändringar driver på ökningar av kroniska tillstånd, såsom diabetes eller hjärtsjukdomar.

Ändå är Dominguez-Bello orolig för att när mikrobiotaforskning mognar kan dess utövare förlora ut på värdefull data från ursprungsbefolkningar med mer traditionell livsstil och mångfald mikrobiota. "När vi vet bättre - om vi inte bevarar nu kommer vi inte ha det," sa hon.

Vid nödsituation

Efter att ha arbetat i både hemlandet Venezuela och Puerto Rico, vet Dominguez-Bello på egen hand vilka risker politisk oro och klimathot utgör för provsamlingar. 2012 flyttade hon till New York University, där orkanen Sandy slog till efter bara en månad. Hon och hennes team var tvungna att gå in i labbet med pannlampor för att rädda proverna. "Jag levde, i min egen hud, hur sårbara våra individuella samlingar är," sa hon.

Efter att ha kontaktat forskarna involverade i Svalbardprojektet började Dominguez-Bello samla forskare inom sitt eget område för att titta på potentialen i att skapa ett mikrobiotavalv. I mitten av juni i år, en förstudie från två oberoende byråer, EvalueScience och Advocacy, fann att förslaget var "av hög betydelse och potential." Dominguez-Bello ser att studiens slutförande flyttar projektet från graviditeten till nyfödd fas. Nästa steg är att bilda flera kommittéer dedikerade till uppsökande verksamhet och filantropi; slutföra valvets plats, finansiering, tekniska problem; förbättra utbildning och internationella relationer; och andra områden.

Det finns redan ett antal mikroorganismsamlingar över hela världen, inklusive American Gut Project, Asia Microbiota Bank, och den Million Microbiome of Humans-projektet. Ett stort steg kommer att vara att övertala förvaltarna av sådana banker att lämna över prover för säkerhetskopiering. Ett annat mål är att uppmuntra skapandet av fler lokala samlingar, särskilt av ursprungsgrupper.

"De lokala samlingarna är extremt viktiga eftersom de lokala samlingarna är de levande samlingarna", sa Dominguez-Bello. Dessa prover skulle kunna användas för forskning och samarbete, med extra material förberett för långtidsförvaring i valvet. En dag skulle valvet potentiellt kunna innehålla hundratusentals prover, men pilotprogrammet skulle börja med några tusen.

Valvets deltagare har börjat knyta kontakter i flera länder, inklusive Peru, Bolivia och Indonesien. "Och sättet vi planerar att göra det på är genom utbildning," sa Dominguez-Bello.

Planen är att samarbeta med universitet i olika länder för att lära lokala forskare om mikrobiomet, varför sådana samlingar behövs och hur man samlar in och bevarar prover. "Detta är mer än mikrobiologi," sa Dominguez-Bello. "Detta är också antropologi och etik." Genom att få kontakt med lokala experter skulle utländska universitet potentiellt ha lättare att ta reda på lagar och tillstånd, samt att kommunicera med ursprungsbefolkningen grupper. Den första 10-dagarskursen var planerad till Peru, men det var före COVID-19.

Lokala medicinska team eller antropologer kommer också att vara bekanta med ett områdes unika utmaningar, som huruvida elektricitet är tillräckligt pålitlig för att hålla proverna svala. Långtidskonservering innebär andra utmaningar än levande prover. Genomförbarhetsstudien erkände att det finns mycket om att förbereda mikroorganismer för sådan lagring som forskarna inte förstår. Vissa metoder kan bevara vissa organismer samtidigt som de dödar andra.

Två möjliga metoder för valvet är kryokonservering, med flytande kväve, och frystorkning eller frystorkning. Även om flytande kväve är guldstandarden, sa Dominguez-Bello att frystorkade prover inte skulle kräva elektricitet om de förvarades i ett tillräckligt kallt område. Mikrobiotavalvets arrangörer överväger antingen Schweiz eller Norge, eller potentiellt båda platserna. Författarna av förstudien föreslog att frystorkade prover potentiellt skulle kunna förvaras i Svalbards frövalv.

Etiska problem

Till skillnad från ett valv fullt av frön, finns det etiska och integritetsproblem som följer med att samla in och behålla mänskliga prover. Lagar i båda de länder där samlingar lagras och upphandlas kan variera. Till exempel är vissa länder – inklusive Schweiz och Norge – en del av Nagoyaprotokollet, ett internationellt avtal som försöker dela fördelarna som kommer från genetisk forskning på ett rättvist sätt. Huruvida mikrobiotaprover faller under detta avtal är fortfarande under debatt.

Oavsett vilket tror Dominguez-Bello att varje institution som hoppas kunna dra nytta av dessa mikrobiotaprover - till exempel genom att skapa en ny probiotika — har ett ansvar för de samhällen som donerat relevant prover. "Det finns en etisk skyldighet med människorna som var källan till dessa bakterier," sa hon. Till exempel kan forskare hjälpa till att bygga om skolor eller tillhandahålla medicinsk utrustning, baserat på ett områdes behov. "Du måste göra något för det goda, för samhällets välbefinnande som helhet", sa hon.

Valvet kommer också att behöva balansera öppet delning av data samtidigt som integriteten bibehålls, inte bara för individer utan potentiellt för hela samhällen. När populationer är tillräckligt små, kan även ange en persons ålder göra dem identifierbara.

Samtidigt är valvet tänkt att främja ett nätverk och uppmuntra samarbete mellan forskare. "Jag tror att detta är mycket nära kopplat till att utbilda inte bara våra studenter - den framtida generationen av forskare i USA eller Frankrike eller Schweiz eller Sverige eller Norge eller eller Portugal - men också" i länder med minimal tillgång till laboratorier och utrustning, sa Dominguez-Bello, som tillade att vi måste "utvidga det vetenskapliga samfundet för att införliva dem. Jag tror att mikrobiomet är en perfekt arena för att göra det."