Усередині плану побудови сховища Судного дня для бактерій

Норвезький архіпелаг Шпіцберген є домом для крижаних печер, їздових собак і навіть білих ведмедів, але, мабуть, найвідомішим він є Глобальне сховище насіння, величезний насіннєвий банк побудований прямо на схилі замерзлої гори. Ідея полягає в тому, що якщо світ постраждає від якоїсь руйнівної катастрофи, яка знищить інші банки генів, сховище Шпіцбергена буде служити резервним копіюванням і дозволить людству знову заселити світ важливими видами рослин, такими як основні культури та лікарські трави.

Але насіння — не єдина частина природного світу, резервну копію якої ми можемо захотіти зберегти. Нещодавно вчені почали розглядати переваги будівництва подібного сховища кінця світу для важливих мікробів — якщо хочете, Ноєвого ковчега для бактерій.

Коли доктор Марія Глорія Домінгес-Белло, мікробіолог з Університету Рутгерса, почула про зберігання насіння, паралелі вискочили на неї, сказала вона Digital Trends. «Це було настільки очевидним, і я дуже зацікавилася ідеєю зробити щось подібне для мікробіома», — сказала вона.

Ваша мікробіота і ви

Мікробіота — це всі мікроорганізми, включно з бактеріями, вірусами та грибками, які знаходяться в певному середовищі, наприклад у шкірі чи шлунково-кишковому тракті. Мікробіом стосується цих мікроорганізмів та їхніх генів. Багато факторів впливають на суміш цих мікробів у кишечнику, включаючи обидва спадковий і екологічні компоненти. Дослідження впливу мікробіоти на здоров'я людини ще відносно новий, але вважається, що вони відіграють важливу роль в імунній системі, синтезі ферментів і травленні складних вуглеводів.

Деякі дослідники вивчають способи зміни мікробіоти людей у ​​промислових районах відрізняються від тих у сільській або віддалених районах. Дієта, забруднення, ліки, санітарія та інші маркери міського середовища можуть проявляти ці зміни в мікроорганізмах. Хоча дослідження показали, що такі відмінності є, поки не зовсім зрозуміло, чи ці зміни спричиняють збільшення хронічних захворювань, таких як діабет або хвороби серця.

Проте Домінгес-Белло стурбований тим, що в міру того, як дослідження мікробіоти розвиваються, його практики можуть програвати на цінні дані від корінного населення з більш традиційним способом життя та різноманітним мікробіота. «До того часу, як ми дізнаємось краще, якщо ми не збережемо зараз, у нас цього не буде», — сказала вона.

В екстреному випадку

Працюючи у своїй рідній Венесуелі та Пуерто-Ріко, Домінгес-Белло не з чуток знає, яку небезпеку для колекцій зразків становлять політичні заворушення та кліматичні загрози. У 2012 році вона переїхала в Нью-Йоркський університет, де всього через місяць обрушився ураган Сенді. Їй і її команді довелося піти в лабораторію з фарами, щоб врятувати зразки. «Я на власній шкурі пережила, наскільки вразливі наші індивідуальні колекції», — сказала вона.

Після зв’язку з дослідниками, залученими до проекту на Свальбарді, Домінгес-Белло почала збирати вчених у своїй галузі, щоб дослідити потенціал створення сховища мікробіоти. У середині червня ц.р. техніко-економічне обґрунтування від двох незалежних агенцій, EvalueScience та Advocacy, визнали пропозицію «великою значущістю та потенціал». Домінгес-Белло вважає завершення дослідження переміщенням проекту від гестаційного до новонародженого фаза. Наступні кроки полягають у формуванні кількох комітетів, які займатимуться роз’яснювальною діяльністю та філантропією; остаточно визначити місце розташування сховища, фінансування, технічні питання; покращити освіту та міжнародні відносини; та інших областях.

У всьому світі вже існує низка колекцій мікроорганізмів, включаючи American Gut Project, Азіатський банк мікробіоти, і Проект «Мільйонний мікробіом людини».. Одним із важливих кроків буде переконання керівників таких банків передати зразки для резервного зберігання. Іншою метою є заохочення створення більшої кількості місцевих колекцій, зокрема груп корінного населення.

«Місцеві колекції надзвичайно важливі, тому що місцеві колекції — це живі колекції», — сказав Домінгес-Белло. Ці зразки можуть бути використані для досліджень і співпраці з додатковим матеріалом, підготовленим для тривалого зберігання в сховищі. Одного разу сховище потенційно може вмістити сотні тисяч зразків, але пілотна програма розпочнеться з кількох тисяч.

Учасники сховища почали налагоджувати контакти в кількох країнах, включаючи Перу, Болівію та Індонезію. «І те, як ми плануємо зробити це, — це освіта», — сказав Домінгес-Белло.

План полягає в тому, щоб співпрацювати з університетами в різних країнах, щоб навчити місцевих вчених про мікробіом, навіщо потрібні такі колекції та як збирати та зберігати зразки. «Це більше, ніж мікробіологія», — сказав Домінгес-Белло. «Це також антропологія та етика». Зв’язавшись із місцевими експертами, іноземні університети могли б потенційно легше з’ясовувати закони та дозволи, а також спілкуватися з корінним населенням групи. Перший 10-денний курс був запланований на Перу, але це було до COVID-19.

Місцеві медичні бригади або антропологи також будуть знайомі з унікальними проблемами регіону, наприклад, чи достатньо електрика надійна, щоб зберігати зразки в холоді. Довгострокове збереження представляє інші проблеми, ніж живі зразки. Техніко-економічне обґрунтування визнало, що дослідники багато чого не розуміють у підготовці мікроорганізмів до такого зберігання. Деякі методи можуть зберегти одні організми, знищуючи інші.

Двома потенційними методами для сховища є кріоконсервація з рідким азотом і ліофілізація або сублімаційне сушіння. Незважаючи на те, що рідкий азот є золотим стандартом, Домінгес-Белло сказав, що ліофілізовані зразки не потребуватимуть електроенергії, якщо вони зберігаються в досить холодному місці. Організатори сховища мікробіоти розглядають або Швейцарію, або Норвегію, або, можливо, обидва місця. Автори техніко-економічного обґрунтування припустили, що ліофілізовані зразки потенційно можуть зберігатися в насіннєвому сховищі на Шпіцбергені.

Етичні питання

На відміну від сховища, наповненого насінням, збирання та зберігання людських зразків пов’язане з проблемами етики та конфіденційності. Закони обох країн, де зберігаються та закуповуються колекції, можуть відрізнятися. Наприклад, деякі країни, зокрема Швейцарія та Норвегія, є частиною Нагойський протокол, міжнародна угода, яка намагається рівномірно розподілити переваги генетичних досліджень. Чи підпадають зразки мікробіоти під цю угоду, все ще дискутується.

Незважаючи на це, Домінгес-Белло вважає, що будь-яка установа, яка сподівається отримати прибуток від цих зразків мікробіоти, наприклад, створивши новий пробіотик — несе відповідальність перед громадами, які пожертвували відповідні зразки. «Існує етичне зобов’язання людей, які були джерелом цих бактерій», – сказала вона. Наприклад, дослідники можуть допомогти відбудувати школи або надати медичне обладнання залежно від потреб регіону. «Ви повинні зробити щось для добра, для благополуччя їхньої спільноти в цілому», - сказала вона.

Сховище також має збалансувати відкритий обмін даними, зберігаючи при цьому конфіденційність не лише окремих людей, а й потенційно цілих спільнот. Коли популяція досить мала, навіть вказуючи вік людини, можна її ідентифікувати.

У той же час сховище призначене для розвитку мережі, заохочуючи співпрацю між дослідниками. «Я думаю, що це дуже тісно пов’язане з навчанням не лише наших студентів — майбутнього покоління вчених США, Франції, Швейцарії, Швеції, Норвегії чи чи Португалія — але також «у країнах з мінімальним доступом до лабораторій та обладнання», — сказав Домінгес-Белло, який додав, що ми повинні «розширити наукову спільноту, щоб включити їх. Я думаю, що мікробіом є ідеальною ареною для цього».