Eine globale Studie der Mikroben von 60 Städten ergab, dass jede einen charakteristischen mikrobiellen Fingerabdruck aufweist

Bildnachweis: CC0 Public Domain

Ein internationales Konsortium hat über die weltweit größte metagenomische Studie zu städtischen Mikrobiomen berichtet, die sich sowohl über die Luft als auch über die Oberflächen mehrerer Städte erstreckt. Das internationale Projekt, bei dem Proben aus öffentlichen Verkehrssystemen und Krankenhäusern in 60 Städten auf der ganzen Welt sequenziert und analysiert wurden, umfasst eine umfassende Analyse und Annotation aller identifizierten mikrobiellen Arten – einschließlich Tausender Viren und Bakterien sowie zweier Archaeen, die nicht in Referenzdatenbanken gefunden wurden. Die Studie erscheint am 26. Mai in der Zeitschrift Zelle.

“Jede Stadt hat ihr eigenes” molekulares Echo “der Mikroben, die sie definieren”, sagt der leitende Autor Christopher Mason, Professor an der Weill Cornell Medicine (WCM) und Direktor der WorldQuant-Initiative für quantitative Vorhersage. “Wenn du mir deinen Schuh geben würdest, könnte ich dir mit ungefähr 90% Genauigkeit die Stadt in der Welt erzählen, aus der du gekommen bist.”

Die Ergebnisse basieren auf 4.728 Proben aus Städten auf sechs Kontinenten, die im Laufe von drei Jahren entnommen wurden, charakterisieren regionale antimikrobielle Resistenzmarker und stellen den ersten systematischen weltweiten Katalog des städtischen mikrobiellen Ökosystems dar. Zusätzlich zu unterschiedlichen mikrobiellen Signaturen in verschiedenen Städten ergab die Analyse einen Kernsatz von 31 Arten, die in 97% der Proben in den untersuchten städtischen Gebieten gefunden wurden. Die Forscher identifizierten 4.246 bekannte Arten städtischer Mikroorganismen, stellten jedoch auch fest, dass bei jeder nachfolgenden Probenahme wahrscheinlich weiterhin Arten gefunden werden, die noch nie zuvor gesehen wurden, was das rohe Potenzial für Entdeckungen im Zusammenhang mit mikrobieller Vielfalt und biologischen Funktionen in städtischen Umgebungen hervorhebt .

Dieses Projekt begann 2013, als Mason begann, mikrobielle Proben im New Yorker U-Bahn-System zu sammeln und zu analysieren. Nachdem er seine ersten Ergebnisse veröffentlicht hatte, wurde er von Forschern aus der ganzen Welt kontaktiert, die ähnliche Studien in ihren eigenen Städten durchführen wollten. Er entwickelte ein Protokoll zum Sammeln der Proben und veröffentlichte ein Lehrvideo auf YouTube. Die Proben wurden mit DNA- und RNA-freien Tupfern gesammelt und zusammen mit positiven und negativen Kontrollen zur Analyse an ein Labor bei WCM geschickt. Ein Großteil der Analyse und Zusammenstellung von Sequenzen erfolgt auf einem XSEDE-Supercomputer (Extreme Science and Engineering Discovery Environment) in Pittsburgh, der zur Entdeckung von 10.928 Viren und 748 Bakterien führte, die in keiner Referenzdatenbank vorhanden sind.

Das weltweite Interesse inspirierte Mason im Jahr 2015 zur Gründung des International MetaSUB Consortium (kurz für Metagenomics und Metadesign of Subways and Urban Biomes), das seitdem neben harten Oberflächen auch Proben aus Luft, Wasser und Abwasser sammelt. Die Gruppe überwacht Projekte wie den Global City Sampling Day (gCSD), der jedes Jahr am 21. Juni stattfindet, und hat umfassende Studien durchgeführt, einschließlich einer umfassenden mikrobiellen Analyse der Stadtoberflächen von Rio de Janeiro und ihrer Mücken vor, während und nach dem Jahr 2016 Sommerolympiade. Ein weiteres Projekt, das im Jahr 2020 gestartet wurde, konzentriert sich auf die Untersuchung der Prävalenz von SARS-CoV-2 und anderen Coronaviren bei Hauskatzen. Ein Projekt ist auch für die Olympischen Spiele 2021 in Tokio geplant.

Die neue Forschung hat Auswirkungen auf die Erkennung von Ausbrüchen bekannter und unbekannter Infektionen sowie auf die Untersuchung der Prävalenz antibiotikaresistenter Mikroben in verschiedenen städtischen Umgebungen. Es kann auch zu neuen Entdeckungen über die Entwicklung des mikrobiellen Lebens beitragen. MetaSUB-Forscher in der Schweiz (Andre Kahles und Gunnar Rätsch) haben außerdem ein durchsuchbares globales DNA-Sequenzportal (MetaGraph, https://metagraph.ethz.ch/search) veröffentlicht, das alle bekannten genetischen Sequenzen (einschließlich MetaSUB-Daten) indiziert, die alle abbilden bekannte oder neu entdeckte genetische Elemente an ihrem Standort auf der Erde und können bei der Entdeckung neuer mikrobieller Wechselwirkungen und mutmaßlicher Funktionen helfen.

“Es gibt Millionen von Arten auf der Erde, aber wir haben zu diesem Zeitpunkt eine vollständige, solide Genomreferenz für nur 100.000 bis 200.000”, erklärt Mason, dass die Entdeckung neuer Arten beim Aufbau mikrobieller Stammbäume helfen kann, um zu sehen, wie verschiedene Arten sind miteinander verwandt.

Die Ergebnisse haben auch viele mögliche praktische Anwendungen. “Basierend auf den Sequenzdaten, die wir bisher gesammelt haben, haben wir bereits mehr als 800.000 neue CRISPR-Arrays gefunden”, sagt er. Darüber hinaus weisen die Ergebnisse auf das Vorhandensein neuer Antibiotika und kleiner Moleküle hin, die aus biosynthetischen Genclustern (BGCs) stammen und für die Arzneimittelentwicklung vielversprechend sind.

“Einer der nächsten Schritte besteht darin, einige dieser Moleküle und vorhergesagten BGCs zu synthetisieren und zu validieren und dann zu sehen, was sie medizinisch oder therapeutisch tun”, sagt Mason. “Die Leute denken oft, ein Regenwald sei eine Fülle von Artenvielfalt und neuen Molekülen für Therapien, aber das Gleiche gilt für ein U-Bahn-Geländer oder eine Bank.”


Die mikrobielle Vielfalt unter dem Meeresboden ist so reich wie auf der Erdoberfläche


Mehr Informationen:
Zelle, Danko et al.: “Eine globale metagenomische Karte der städtischen Mikrobiome und der Antibiotikaresistenz” www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00585-7, DOI: 10.1016 / j.cell.2021.05.002

Ein verwandter Artikel (“Charakterisierung des Luftmikrobioms und -resistoms des öffentlichen Nahverkehrs zeigt geografische Spezifität”) wird in der Zeitschrift veröffentlicht Mikrobiom am 26. Mai.

Journalinformationen:
Zelle

Zitat: Eine globale Studie mit 60 Mikroben von Städten ergab, dass jede einen mikrobiellen Fingerabdruck (2021, 26. Mai) aufweist, der am 27. Mai 2021 von https://phys.org/news/2021-05-global-cities-microbes-signature-microbial abgerufen wurde. html

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