Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Blog de la mer de Cortez: une science utile?

Dans des articles précédents, nous avions évoqué notre hypothèse: la baisse des coûts et l’accessibilité des outils nécessaires à la science et à l’exploration ouvraient de nouvelles perspectives aux explorateurs amateurs. Eh bien, la science et l'exploration sont des idées bien plus grandes que les outils. Et il est important que nous soyons honnêtes à propos de l’ensemble du processus de préparation de notre voyage à Cortez. Pour nous, cela n’a pas commencé avec une hypothèse scientifique. Cela a commencé avec une curiosité, avec la structure, l'explication et le processus modélisés à partir de là.

Mac Cowell, cofondateur de DIYBio.org et de Genefoo, a été le fer de lance de la partie scientifique de notre voyage. Il donne ici une explication de la façon dont nous pensons à cela et de la manière dont cela se combine.

Entrez Mac…

Comme David l'a annoncé, nous nous dirigeons vers la mer de Cortez après les 59 années écoulées depuis John Steinbeck et Doc Ricketts, qui ont navigué sur la mer de Cortez pour une expédition de découverte scientifique des années 40: croisement, philosopher et arpenter la vie marine du golfe.

Comme eux, nous allons naviguer en Basse-Californie dans le même esprit de loisir et de science. Seulement, nous apportons des robots, la biotechnologie moderne et l’esprit DIY. Au lieu de collecter et de cataloguer la macrofaune marine, nous allons étudier certains génomes des microbes vivant dans le golfe à l'aide du séquençage de l'ADN et de la métagénomique. Ou du moins nous allons essayer. Nous voulons mettre nos outils à l'épreuve et découvrir à quel point il est possible.

Nous ne sommes pas en train de créer de nouvelles méthodes scientifiques ni d’essayer de mener une étude scientifique importante (Steinbeck et Ricketts l’ont été). Quand nous avons commencé, nous n’avions même pas d’hypothèse à vérifier. En tant qu'amateurs et dilettantes, nous voulions simplement explorer la mer de génomes qui nous entoure en utilisant certaines des technologies fascinantes - et de plus en plus abordables - mises au point par des chercheurs en génomique et, à présent, par leurs fabricants.

Note latérale: Nous sommes très conscients des problèmes juridiques et éthiques liés à ce voyage. C’est l’une des principales raisons pour lesquelles nous allons: trouver les limites et leur impact sur l’exploration des citoyens. Nous nous soucions beaucoup de faire la bonne chose. Le prochain article explorera certains de ces règlements et défis. Cela dit, veuillez nous informer dans les commentaires si vous avez des commentaires, des préoccupations ou des idées de recherche.

Opportunités métagénomiques

Il y a beaucoup d’ADN flottant dans les microbes de l’océan, et la grande majorité n’a jamais été séquencée. On estime qu'une gouttelette unique d'eau de mer contient peut-être 1 000 milliards de bases d'ADN réparties entre des millions de microbes. Il y a beaucoup, beaucoup plus en ce qui concerne le reste de l'écosystème marin, des amplitudes plus grandes en incluant des virus. Les scientifiques estiment que peut-être seulement 1 à 10% de tous les microbes survivent en dehors de leur environnement et peuvent être cultivés en laboratoire. Le fait de pouvoir séquencer directement l'ADN d'un échantillon environnemental peut fournir une image plus complète, bien que biaisée, des les membres microbiens d'un écosystème particulier (Gilbert 2011).

Certains scientifiques commencent à repenser les frontières mêmes d'un organisme - au lieu de traiter chaque microbe comme un individu complet, il est peut-être plus logique de considérer des communautés de microbes spatialement distinctes mais fonctionnellement connectées comme une entité unique - un "méta-organisme". (Zarraonaindia 2013).

Penser à cette notion de méta-organismes et utiliser le séquençage de l'ADN pour étudier directement les gènes et les génomes de communautés de microbes sont des aspects essentiels d'un domaine d'étude relativement nouveau appelé la métagénomique. Selon une étude récente, la métagénomique peut être formellement décrite comme le domaine de recherche consacré à l’étude des consortiums de gènes et de génomes d’un créneau particulier et à la question «Qui est là? Que font-ils? Qui fait quoi? Et comment l'évolution conduit-elle cela? »(Kennedy 2010).

La chute des coûts du séquençage de l'ADN a entraîné une croissance explosive des études en métagénomique au cours de la dernière décennie. L'un des plus célèbres est probablement l'expédition Global Ocean Sampling (GOS), dirigée par le scientifique du showman Craig Venter, qui a recueilli des échantillons de microbes marins par voilier de 2004 à 2006 lors de leur navigation autour du monde. Dans une étude pilote réalisée en 2003 avec des échantillons de la mer des Sargasses, l'équipe GOS a séquencé environ 1 gigabase (GB) d'ADN unique avec le séquençage de Sanger et a découvert plus d'un million de nouveaux gènes. Beaucoup d'autres ont été découverts et annotés pendant et après la principale expédition GOS.

D'autres études ont eu recours à des techniques de métagénomique pour étudier les communautés microbiennes complexes de l'intestin grêle humain (afin de mieux comprendre la santé humaine), du lit de la rivière d'un système de drainage minier acide (à la recherche de nouvelles approches en matière de dépollution de l'environnement) et d'une variété de ressources marines. éponges (recherche de nouveaux médicaments potentiels). Une étude du domaine effectuée en 2011 par Gilbert & Dupont estimait qu'il avait été effectué environ 45 études métagénomiques marines majeures depuis le milieu des années quatre-vingt-dix.

Malgré les avancées en matière de séquençage, il n’est encore possible de séquencer qu’une petite fraction de l’ADN pouvant être isolé d’une communauté donnée. Les études en métagénomique sont généralement conçues pour séquencer de manière sélective la fraction d’ADN la plus informative de l’échantillon. Les deux conceptions sont appelées enquêtes environnementales à un seul gène et études aléatoires sur des armes à feu. Pour citer cette revue récente sur la métagénomique marine,

«[Les enquêtes environnementales sur un seul gène] peuvent être considérées comme une étude métagénomique ciblée et ciblée. Les cibles simples sont amplifiées par PCR puis les produits sont séquencés, fournissant une analyse de la gamme d'orthologues différents… pour ce gène au sein d'une communauté donnée. ”

La métagénomique aléatoire à l'aide de fusil de chasse est une étude dans laquelle l'ADN total a été isolé à partir d'un échantillon, puis séquencé, ce qui a permis d'obtenir un profil de tous les gènes de la communauté. La couverture communautaire des deux approches dépend entièrement de la profondeur du séquençage, c'est-à-dire du nombre de fragments de gène obtenus lors du séquençage. ”

Alors, quelle approche allons-nous adopter? Nous ne sommes pas encore sûrs. Nous sommes toujours à la recherche des protocoles typiques et des coûts (ainsi que de la légalité) des deux types d’études. Vous pouvez consulter notre collection de littérature sur mendeley et suggérer des articles à lire. (Pour des introductions en accès libre à la métagénomique, consultez ce document, ce document et cette revue).

Quelques idées: pourrions-nous concevoir une enquête sur un seul gène pour rechercher de nouvelles protéines fluorescentes? Je ne sais pas s’il existe des séquences conservées parmi des familles de protéines fluorescentes connues qui pourraient être ciblées par des amorces dégénérées, mais si cela est possible, il pourrait s’agir d’une petite étude plutôt cool: peut-être aurions-nous trouvé une nouvelle protéine fluorescente!

Au minimum, nous pouvons faire de la «métagénomique classique» et estimer la diversité microbienne et la composition de la population de plusieurs échantillons avec des approches de codes à barres ADN. Il s'agirait d'une autre enquête monogénique portant sur des séquences d'ADN ribosomal de 16 secondes et peut-être sur un ou deux gènes métaboliques bien connus.

En outre, nous pourrions examiner comment la diversité microbienne change en fonction d'un paramètre environnemental particulier, tel que le pH, la température, la profondeur, le fer dissous, les nitrates, l'oxygène ou la proximité d'autres organismes. Nous allons mesurer et enregistrer chacun de ceux-ci avec chaque échantillon que nous recueillons, ainsi que les coordonnées GPS et les photographies.

Dans tous les cas, nous allons essayer de faire de la métagnomique de base. Je serai de retour après avoir défini les méthodes spécifiques que nous allons utiliser - mais essentiellement, nous allons collecter plusieurs échantillons de communautés microbiennes marines, conserver leur ADN pour analyse métagénomique, prendre des images microscopiques des échantillons et essayer de mesurer certaines des conditions environnementales de chaque lieu d'échantillonnage.

Je vais aller au livre et à la quincaillerie.

Références

Gilbert, J. a., Et Dupont, C. L. (2011). Métagénomique microbienne: au-delà du génome. Revue annuelle des sciences de la mer, 3 (1), 347–371. Date de publication: 10.1146 / annurev-marine-120709-142811

Kennedy, J., B. Flemer, S. Jackson, Lejon, D. P. H., Morrissey, J. P., O’Gara, F. et Dobson, A. D. W. (2010). Métagénomique marine: nouveaux outils pour l'étude et l'exploitation du métabolisme microbien marin. Drogues marines, 8 (3), 608–28. doi: 10.3390 / md8030608

Men, A., Forrest, S. et Siemering, K. (2011). Métagénomique et au-delà: nouvelles boîtes à outils pour la systématique microbienne. Microbiology Australia, 32, 86–89. Extrait de http://microbiology.publish.csiro.au/view/journals/dsp_journal_file.cfm?file_id=MA11086.pdf

Zarraonaindia, I., Smith, D.P., et Gilbert, J. a. (2013). Au-delà du génome: analyse communautaire du monde microbien. Biologie et philosophie, 28 (2), 261–282. doi: 10.1007 / s10539-012-9357-8

Part

Laisser Un Commentaire