นักวิทยาศาสตร์ระบุแบคทีเรียที่ฝ่าฝืนกฎชีวเคมี
มีเพียงไม่กี่คนที่สามารถอ่านความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ สล็อตเว็บตรง ของแพทย์ Julius Petri ในศตวรรษที่ 19 แต่เกือบทุกคนเคยได้ยินเกี่ยวกับอาหารของเขา
เป็นเวลากว่าศตวรรษแล้วที่นักจุลชีววิทยาได้ศึกษาแบคทีเรียโดยการแยก เติบโต และสังเกตแบคทีเรียในจานเพาะเชื้อ จานขนาดเท่าฝ่ามือได้เปิดเผยจักรวาลของจุลินทรีย์ – แต่เพียงเศษเสี้ยว สิ่งง่าย ๆ เทียบเท่าทางวิทยาศาสตร์ในการมองหากุญแจใต้เสาไฟ
แต่ในสภาพแสง—นั่นคือ สภาพเหมือนเรือนกระจกในห้องปฏิบัติการ—แบคทีเรียส่วนใหญ่จะไม่เติบโต จากการประมาณการหนึ่งครั้ง ยังไม่สามารถค้นพบจุลินทรีย์ทุกชนิดบนโลกได้ถึง 99 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งยังคงอยู่ในเงามืด พวกมันถูกเรียกว่า “สสารมืดของจุลินทรีย์” ซึ่งอ้างอิงถึงคำอธิบายของนักดาราศาสตร์เกี่ยวกับสสารที่มองไม่เห็นขนาดใหญ่ในอวกาศซึ่งประกอบขึ้นเป็นมวลส่วนใหญ่ในจักรวาล
อย่างไรก็ตาม ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเครื่องมือใหม่สำหรับการเจริญเติบโตของแบคทีเรียและรวบรวมข้อมูลทางพันธุกรรม ทำให้สามารถระบุจุลินทรีย์ได้เร็วและดีขึ้นโดยไม่ต้องขจัดออกจากสภาพธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ที่เรียกว่า iChip ช่วยกระตุ้นแบคทีเรียให้เติบโตในสนามหญ้าที่บ้าน (อุปกรณ์ดังกล่าวนำไปสู่การค้นพบยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ ในช่วงเวลาที่การติดเชื้อสามารถเอาชนะยาเก่าทั้งหมดได้อย่างรวดเร็ว) การสำรวจทางพันธุกรรมเมื่อเร็วๆ นี้เกี่ยวกับพื้นดิน น้ำ และร่างกายมนุษย์ได้เพิ่มโอกาสในการค้นพบแบคทีเรียใหม่หลายแสนตัว สายพันธุ์.
การตรวจหาสิ่งมีชีวิตที่เพิ่งค้นพบเหล่านี้กำลังท้าทายสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์คิดว่าพวกเขารู้เกี่ยวกับกระบวนการทางเคมีของชีววิทยา ต้นไม้แห่งชีวิต และลักษณะที่จุลินทรีย์อาศัยและเติบโต เคล็ดลับของสสารมืดของจุลินทรีย์อาจกำหนดวิธีการวิวัฒนาการและดำรงชีวิตของชีวิต และปรับปรุงความเข้าใจและการรักษาโรคต่างๆ
“ทุกสิ่งกำลังเปลี่ยนไป” Kelly Wrighton นักจุลชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอในโคลัมบัสกล่าว “พื้นที่ทั้งหมดเต็มไปด้วยความกระตือรือร้นและการค้นพบ”
วัฒนธรรมต่อต้าน
ในอดีต นักจุลชีววิทยาได้ค้นพบสิ่งมีชีวิตใหม่ที่ไม่มีจานเพาะเชื้อ แต่การทดลองเหล่านั้นดำเนินไปอย่างช้าๆ ในโครงการแรกของเธอ Tanja Woyke ได้วิเคราะห์ชุมชนแบคทีเรียที่ซุกตัวอยู่ในหนอนที่อาศัยอยู่ในทะเลเมดิเตอร์เรเนียน Woyke นักจุลชีววิทยาจากสถาบัน Joint Genome Institute ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ในเมือง Walnut Creek รัฐแคลิฟอร์เนีย และเพื่อนร่วมงานได้ตีพิมพ์รายงานฉบับดังกล่าวในNatureในปี 2006 ซึ่งใช้เวลาดำเนินการสองปี
พวกเขาอาศัยเมตาเจโนมิกส์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการรวบรวมตัวอย่างดีเอ็นเอจากสิ่งแวดล้อม ในดิน น้ำ หรือในกรณีนี้คือภายในตัวหนอน หลังจากแยกสารพันธุกรรมของจุลินทรีย์ทุกตัวที่หนอนมีอยู่ Woyke และเพื่อนร่วมงานได้กำหนดลำดับหรือลำดับของหน่วย DNA หรือฐานทั้งหมด การวิเคราะห์ข้อมูลลำดับทำให้นักวิจัยสามารถสรุปการมีอยู่ของจุลินทรีย์ที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้สี่ตัว มันเหมือนกับการได้กล่องจิ๊กซอว์ชิ้นเล็กชิ้นน้อยที่จำเป็นต้องประกอบโดยไม่รู้ว่ารูปภาพนั้นหน้าตาเป็นอย่างไร หรือมีจิ๊กซอว์ที่แตกต่างกันกี่ชิ้น เธอกล่าว โครงการนี้เกี่ยวข้องกับฐาน 300 ล้านฐานและมีมูลค่ามากกว่า 100,000 ดอลลาร์ โดยใช้วิธีที่ใช้เวลานานในขณะนั้น
เช่นเดียวกับที่ Woyke สิ้นสุดความพยายามของเวิร์ม เทคโนโลยีใหม่ก็ออนไลน์เข้ามาซึ่งทำให้การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมมีเทอร์โบเพิ่มขึ้น การจัดลำดับจีโนม — ความสมบูรณ์ของ DNA ของสิ่งมีชีวิต — เร็วขึ้นและถูกกว่าที่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เคยทำนายไว้ ด้วยการจัดลำดับยุคหน้า Woyke สามารถวิเคราะห์ฐานมากกว่า 1 แสนล้านฐานในเวลาที่ใช้ในการเปลี่ยนคำสั่งซื้อของ Amazon เธอกล่าว และด้วยเงินเพียงไม่กี่พันดอลลาร์ ด้วยการสุ่มเก็บตัวอย่างสิ่งแวดล้อมและค้นหา DNA ด้วยการจัดลำดับยุคหน้า นักวิทยาศาสตร์ได้เปิดไฟลาแบคทีเรียใหม่ทั้งหมดในทุกที่ที่พวกเขามอง ในปี 2013 ที่Nature , Woyke และเพื่อนร่วมงานของเธอได้บรรยายถึงสมาชิกกว่า 200 คนจากไฟลาที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้เกือบ 30 คน. การค้นพบไฟลาจำนวนมาก ซึ่งเป็นกลุ่มใหญ่กลุ่มแรกในอาณาจักร บอกกับนักชีววิทยาว่ามีความหลากหลายที่ไม่จดที่แผนที่
Woyke ได้เปลี่ยนจากการสำรวจการตกปลาทางพันธุกรรมในวงกว้างไปสู่การทำงานกับเซลล์แบคทีเรียแต่ละเซลล์ ค่อยๆ เปิดออก เธอจัดรายการ DNA ข้างใน สิ่งมีชีวิตจำนวนมากที่เธอพบว่าขัดต่อกฎเคมีชีวภาพก่อนหน้านี้ ตัวอย่างเช่น จีโนมสองจีโนมที่นำมาจากปล่องไฮโดรเทอร์มอลในมหาสมุทรแปซิฟิก มีรหัส UGA ซึ่งย่อมาจากฐานยูราซิล กัวนีน และอะดีนีนในสายอาร์เอ็นเอ โดยปกติ UGA จะแยกยีนที่กำหนดรหัสสำหรับโปรตีนต่างๆ ออก โดยทำหน้าที่เป็นจุดสิ้นสุดของประโยค UGA หมายถึง “หยุด” ในสัตว์หรือจุลินทรีย์สายพันธุ์อื่นๆ ที่เป็นที่รู้จัก แต่ในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ และสิ่งหนึ่งที่พบในเวลาเดียวกันในปากของมนุษย์ แทนที่จะ “หยุด” รหัสลำดับของกรดอะมิโนไกลซีน “นั่นเป็นสิ่งที่เราไม่เคยเห็นมาก่อน” Woyke กล่าว “รหัสพันธุกรรมไม่ได้เข้มงวดอย่างที่เราคิด”
การค้นพบล่าสุดอื่น ๆ ยังท้าทายแนวคิดที่มีมายาวนานว่าชีวิตทำงานอย่างไร ในปีนี้ใน ISME Journal , Wrighton แห่งรัฐโอไฮโอรายงานการศึกษาเอนไซม์ RubisCO ที่นำมาจากจุลินทรีย์สายพันธุ์ใหม่ที่ไม่เคยมีการปลูกในห้องปฏิบัติการ RubisCO ซึ่งถือเป็นโปรตีนที่มีมากที่สุดในโลก เป็นกุญแจสำคัญในการสังเคราะห์แสง ช่วยเปลี่ยนคาร์บอนจากชั้นบรรยากาศให้อยู่ในรูปที่เป็นประโยชน์ต่อสิ่งมีชีวิต เนื่องจากสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่บนโลกนี้คงอยู่ไม่ได้หากปราศจากมัน RubisCO จึงเป็นโมเลกุลที่คุ้นเคย ซึ่งคุ้นเคยกันดีจนนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่คิดว่าพวกเขาได้พบทุกรูปแบบที่จะเกิดขึ้นได้ กระนั้น Wrighton กล่าวว่า “เราพบโปรตีนรุ่นใหม่จำนวนมากที่แตกต่างจากที่เราเคยเห็นมาก่อน” สล็อตเว็บตรง
