Poszerzanie wiedzy na temat genomu bezkręgowców
Bezkręgowce stanowią obecnie 95 % ogół zwierząt na naszej planecie. Do grupy tej należą wszystkie zwierzęta pozbawione kręgosłupa, w tym między innymi owady, pająki czy ślimaki. Z wyjątkiem szeregu organizmów powszechnie wykorzystywanych w badaniach naukowych, takich jak nicień Caenorhabditis elegans i muszka owocowa Drosophila, genomy bezkręgowców nie podlegały dotychczas szeroko zakrojonym badaniom. Wynika to w dużej mierze z różnorodności ich fenotypów i cykli życiowych. Z punktu widzenia taksonomii istnieje obecnie 35 biologia (typów) bezkręgowców, wśród których można wymienić zarówno niewielkie wrotki o rozmiarach od 0,1 do 0,5 milimetra, jak i kolosalne kałamarnice, które osiągają rozmiary od 10 do 14 metrów. „Poza lukami w wiedzy na temat ich znaczenia ewolucyjnego i ekologicznego, bezkręgowce stanowią rezerwuar zasobów genetycznych, które mogą mieć ważne znaczenie dla ludzkiego zdrowia – mogą być na przykład źródłem nowych leków i materiałów biomimetycznych”, twierdzi Gert Wörheide, koordynator projektu IGNITE realizowanego dzięki wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie”. W ramach projektu IGNITE powstała innowacyjna sieć szkoleniowa, która umożliwiła przeszkolenie piętnaściorga naukowców na wczesnym etapie kariery w ramach wysoce interdyscyplinarnych i międzysektorowych projektów. Celem badań realizowanych w ramach projektu było zbadanie ewolucji bezkręgowców, zrozumienie jak środowisko wpływało na funkcje ich genomów, a także opracowanie i udoskonalenie narzędzi bioinformatycznych wspomagających składanie genomów i transkryptomów, a także ich analizę i semantycznej publikacji.
Opracowanie podejść badawczych dostosowanych do potrzeb
Jak wiemy, genomy bezkręgowców są zazwyczaj wysoce heterozygotyczne, co oznacza, że potomstwo dziedziczy różne cechy genetyczne po każdym z rodziców. Ze względu na to, że genomy zawierają wiele powtarzających się elementów, ich analiza jest niezwykle wymagająca. „W związku z tym w badaniach bezkręgowców nie można zastosować uniwersalnego podejścia, które upraszcza realizację badań na organizmach modelowych. Z tego powodu zespół projektu IGNITE zaprojektował podejścia dopasowane do poszczególnych potrzeb”, wyjaśnia Wörheide z Uniwersytetu Ludwika i Maksymiliana w Monachium, uczelni pełniącej rolę gospodarza projektu. W ramach jednego z projektów badawczych badaczom udało się udoskonalić metody wychwytywania konformacji chromosomów, w szczególności technikę Hi-C, dzięki czemu sprawdzą się znacznie lepiej do analizy genomów bezkręgowców niemodelowych. Dane te są coraz częściej wykorzystywane do analizy sposobu organizacji chromatyny w całym genomie, co pozwala na lepsze zrozumienie trójwymiarowej struktury genomu. To z kolei umożliwia budowę rusztowań genomowych dla genomów referencyjnych o wysokiej jakości w skali chromosomu. Po udoskonaleniu techniki te zostały wykorzystane do zbadania genomu bezkręgowców morskich – szczecioszczęk – grupy taksonomicznej, w przypadku której złożenie genomu przy pomocy konwencjonalnych metod okazało się niezwykle trudne. „To osiągnięcie w dziedzinie genomiki porównawczej pomoże rzucić światło na ewolucję tego niedostatecznie zbadanego zwierzęcia, a zarazem stanowi potwierdzenie słuszności koncepcji, którą teraz możemy zastosować w przypadku innych zwierząt”, dodaje Wörheide. Badacze z innego projektu wykorzystali zsekwencjonowane genomy, transkryptomy i analizy bioinformatyczne, aby zbadać, naturalne metody obronne zwierząt oraz ich pojawianie się na przestrzeni ostatnich 500 milionów lat. Uczeni scharakteryzowali biosyntetyczne ścieżki produkcji jadu u ślimaków morskich z rodzaju Conus. „Poza uzyskaniem nowych informacji na temat ewolucji gatunków, przystosowania do warunków środowiskowych oraz chorób, wiedza na temat naturalnych sposobów ochrony organizmów może przełożyć się na nowe zastosowania w dziedzinie biotechnologii, na przykład poszukiwanie nowych związków w celu produkcji leków”, twierdzi Wörheide. Zespół kolejnego z projektów badał genomy gąbki morskiej Haliclona oculata, aby poznać sposób produkcji cytotoksycznych metabolitów wtórnych. Badacze uważają, że gąbki wykorzystują je w roli mechanizmu ochronnego, na przykład w celu zabezpieczenia siedlisk wśród raf koralowych. Ze względu na to, że te bioaktywne związki hamują podziały komórkowe u organizmów konkurencyjnych, są przedmiotem zainteresowania medycyny ze względu na potencjalne zastosowanie do opracowania nowych leków przeciwbakteryjnych, przeciwwirusowych i przeciwnowotworowych, takich jak sterydy czy alkaloidy.
Przyszli liderzy innowacji
Choć wielu badaczy uczestniczących w projekcie IGNITE nie ukończyło jeszcze przewodów doktorskich, dotychczas udało im się opublikować szereg publikacji i artykułów naukowych. „Genomicy są coraz częściej poszukiwani przez instytucje badawcze, a także firmy zajmujące się oprogramowaniem i biomedycyną. Dzięki swojemu wykształceniu obejmującym zarówno geobiologię, jak i bioinformatykę, nasi badacze są dobrze przygotowani do opracowywania innowacyjnych rozwiązań i zmieniania świata, gospodarki i środowiska”, podsumowuje Wörheide. Może świadczyć o tym fakt, że kilkoro badaczy trafiło na prestiżowe stanowiska w środowisku akademickim i przemysłowym niedługo po zakończeniu udziału w projekcie IGNITE.
Słowa kluczowe
IGNITE, bezkręgowce, typ, genom, heterozygotyczny, bezkręgowiec morski, ślimak morski, gąbka morska, chromatyna
