Przyspieszanie rozwoju badań nad metagenomiką w Europie
Pojawienie się zaawansowanych i tanich technologii pozwalających na sekwencjonowanie DNA rozszerzyło badania poświęcone odkrywaniu oraz opisywaniu genów, począwszy od pojedynczych organizmów, przez mikrobiomy, aż po złożone gromady bezkręgowców i kręgowców. Informacje i dane uzyskane dzięki badaniu metagenomów poszerzają naszą wiedzę na temat bogactwa gatunków oraz ich względnej liczebności, co umożliwia ocenę różnorodności biologicznej, a także pozwala na ocenę sortowania gatunków, odpowiadając na pytanie, w jaki sposób poszczególne gatunki trafiają do różnych siedlisk. Dodatkowo metagenomika pomaga nam w zrozumieniu roli poszczególnych gatunków w sieciach troficznych. Co więcej, kilka gatunków wykorzystywanych w celu monitorowania zmian w środowisku stanowi także doskonałe modele, dzięki którym możemy lepiej poznać zasady oddziaływań biologicznych i zmian ewolucyjnych. Finansowany przez Unię Europejską projekt EnvMetaGen został zapoczątkowany w celu zwiększenia możliwości badawczych i technologicznych Sieci InBIO, co miało doprowadzić do poprawy jakości prowadzonych badań oraz zwiększenia liczby wyników badań w dziedzinie metagenomiki. Mechanizm finansowania przyznanego w ramach projektu pozwolił instytutowi zbudować zespół naukowców zrzeszających badaczy z całego świata, a także portugalskich ekspertów, którzy wyemigrowali z kraju. Dotychczas instytut InBIO z powodzeniem nawiązał współpracę z ponad 12 organizacjami i instytutami naukowymi z całej Europy. Referencyjna kolekcja owadów Jedną z głównych inicjatyw realizowanych w ramach projektu była Inicjatywa Barkodowania InBIO (InBIO Barcoding Initiative), czyli działanie mające na celu zebranie barkodów DNA portugalskich taksonów bezkręgowców. Dotychczas w ramach działania badaczom udało się zakodować w ten sposób tysiące gatunków bezkręgowców, w tym przede wszystkim owadów. Grupy te obejmują zarówno szkodniki rolnicze i leśne, nowe gatunki egzotyczne w Europie,a także całkowicie nowe, dotychczas nieznane gatunki. Realizacja tej inicjatywy jest szczególnie ważna ze względu na brak kompleksowych zbiorów referencyjnych dotyczących basenu Morza Śródziemnego, będącego kluczowym obszarem różnorodności biologicznej. Brak ten dotyczy przede wszystkim bezkręgowców, co utrudnia stosowanie podejścia opartego na metagenomice w badaniach nad różnorodnością biologiczną. Jednym z przykładów sukcesów inicjatywy było skuteczne zakodowanie genomów niezwykle zróżnicowanych owadów wodnych, takich jak jętki, widelnice, chruściki, a także ważki równoskrzydłe i różnoskrzydłe, czego nie udało się dokonać do tej pory. „Owady te zamieszkują siedliska słodkowodne i w trakcie swojego okresu larwalnego pozostają pod powierzchnią wody. Ich wysoka wrażliwość na zmiany w środowisku sprawia, że mogą służyć jako doskonałe wskaźniki stanu ekosystemów wodnych”, twierdzi dr Pedro Beja, koordynator projektu. Korzyści płynące z metagenomiki Analiza środowiskowego kodu genetycznego w ramach badań metagenomicznych stanowi prostą metodę badania gatunków rzadkich i zagrożonych wyginięciem bez konieczności niepotrzebnej ingerencji antropogenicznej. Ponadto technika ta jest przydatna w celu wykrywania gatunków inwazyjnych na wczesnym etapie rozwoju populacji, kiedy ich liczebność pozostaje jeszcze niska. Metagenomika stanowi również niezwykle wartościowe narzędzie pozwalające na ocenę różnorodności biologicznej w obrębie danego siedliska. Mając to na uwadze, naukowcy skupili się na udoskonalonych metodach izolowania i ekstrakcji DNA w celu przeprowadzenia analizy metabarkodingowej niewielkich zbiorników mętnej wody, występujących na obszarach suchych. Wyniki przeprowadzonych badań są ważne z punktu widzenia oceny różnorodności biologicznej, ponieważ wody te są zazwyczaj siedliskiem różnorodnych gatunków kręgowców. Inne badanie skupiło się na zastosowaniu konserwantów próbek wody takich jak etanol w celu ulepszenia procesu metabarkodowania DNA makrobezkręgowców. „Pobieranie DNA gatunków z próbek wody stanowi skuteczną i tanią metodę monitorowania degradacji środowisk wodnych”, wyjaśnia dr Beja. W ramach projektu EnvMetaGen naukowcy wykorzystali również możliwości oferowane przez metagenomikę w celu lepszego zrozumienia nawyków żywieniowych gatunków poprzez analizę fragmentów DNA wyizolowanych z odchodów nietoperzy, ptaków i innych kręgowców. Dr Beja mówi„Identyfikacja i kwantyfikacja powiązań troficznych pomiędzy gatunkami może pomóc w budowaniu najbardziej szczegółowych i złożonych sieci troficznych w historii. Na przykład poszerzenie wiedzy na temat interakcji pomiędzy drapieżnikami i szkodnikami rolnymi może pomóc nam w ograniczeniu stosowania pestycydów przez rolników w Europie”. Wyniki projektu zostały rozpowszechnione przez publikację licznych artykułów opublikowanych w recenzowanych czasopismach naukowych, a także poprzez udział uczestników w szeregu konferencji oraz organizację warsztatów.
Słowa kluczowe
EnvMetaGen, metagenomika, różnorodność biologiczna, InBIO, bezkręgowce, sieci troficzne, środowisko wodne, barkod DNA, metabarkodowanie DNA
