De oceaan is het grootste leefgebied ter wereld, maar veel van zijn biodiversiteit is nog onbekend. Een team van internationale onderzoekers heeft daar nu een grote stap in gezet. Het ontwikkelde de meest complete database van zeeorganismen tot nu toe, gekoppeld aan biologische functie, locatie en habitattype.
“De KMAP Global Ocean Gene Catalog 1.0 is een stap naar het begrijpen van de volledige diversiteit van de oceaan”, vertelt hoofdauteur Elisa Laiolo van de King Abdullah University of Science and Technology in Saoedi-Arabië. De catalogus bevat meer dan 317 miljoen genengroepen van zeeorganismen over de hele wereld en richt zich vooral op zee-microben: alles wat in de zee leeft maar te klein is om met het blote oog te zien.
Lange tijd was het lastig om deze groep in kaart te brengen. De meeste zeeorganismen kunnen vanwege hun specifieke leefomstandigheden namelijk niet in een laboratorium worden bestudeerd. Met de komst van DNA-sequentietechnologieën is dit veranderd. Onderzoekers kunnen nu al het genetisch materiaal van de duizenden oceaanmonsters sequencen. Maar ook de rekenkracht en nieuwe AI-technologieën waren essentieel om deze miljoenen sequenties vervolgens te analyseren. Door deze technieken te combineren kunnen de onderzoekers nu organismen direct uit oceaanwater en sedimenten identificeren.
Wat is ‘sequencen’?
‘Sequencen’ of het officieel Engelse ‘sequencing’ is een techniek die de code van het DNA kan lezen, oftewel de volgorde van informatie waar het DNA uit is opgebouwd. Om dat te lezen wordt het DNA eerst in miljoenen stukjes geknipt. Vervolgens worden alle korte stukjes met behulp van computersystemen weer aan elkaar geplakt en afgelezen. Een meer uitgebreide uitleg vind je hier.
Samples over de hele wereld
En dat deed het team van onderzoekers fanatiek. Ze scanden voor de catalogus DNA-sequenties uit 2.102 oceaanmonsters die op verschillende diepten en locaties over de hele wereld waren genomen. De computergestuurde technologieën identificeerde hier vervolgens 317,5 miljoen genengroepen uit. “Omdat elke soort zijn eigen set genen heeft, kunnen we bepalen welke organismen in een oceaanmonster zitten door het genetisch materiaal te analyseren,” legt Laiolo uit. Van ongeveer de helft van de genengroepen kon dus ook een organismetype en genfunctie worden gevonden. Door deze informatie te koppelen aan de locatie en het habitattype van het afgenomen monster, kun je afleiden welke microben waar leven en wat ze doen.
Vrij toegankelijk
De onderzoekers hopen daarmee de oceaan beter te begrijpen en te beschermen. Om de kennis optimaal te gebruiken, heeft het team de catalogus vrij toegankelijk gemaakt. Betrokken onderzoeker Carlos Duarte licht toe: “Wetenschappers kunnen op afstand toegang krijgen tot de catalogus om te onderzoeken hoe verschillende oceaanecosystemen werken. Ze kunnen de impact van vervuiling en opwarming van de aarde volgen, of zoeken naar biotechnologische toepassingen zoals nieuwe antibiotica of nieuwe manieren om plastics af te breken.”
Oceaan levert zuurstof
De micro-organismen zijn ondanks hun kleine omvang namelijk niet onbelangrijk. “Zee-microben hebben een grote invloed op het leven van de mens doordat ze een grote invloed hebben op de gezondheid van de oceaan en daarmee ook het klimaat van de aarde”, vertelt Laiolo. Duarte vult aan: “De oceaan levert meer dan de helft van de zuurstof die we inademen, reguleert het klimaat, absorbeert koolstofdioxide, ondersteunt de voedselzekerheid en biedt talloze goederen en diensten. Om deze voordelen te behouden, moeten we de oceaan beschermen tegen de vele bedreigingen waarmee hij wordt geconfronteerd, zoals overbevissing, vervuiling, verzuring, opwarming en zuurstofverlies.”
De onderzoeker hoopt dat de catalogus kan helpen om de impact van deze bedreigingen te meten en te voorspellen, en om oplossingen te vinden om de oceaan te herstellen en te behouden. “Door te identificeren welke microben verantwoordelijk zijn voor het afbreken van plastic bijvoorbeeld, of het produceren van zuurstof. Als we dat doen, dan kunnen we misschien manieren vinden om deze processen te verbeteren of te stimuleren.”
Biotechnologie
Verder zien de onderzoekers ook mogelijkheden in de biotechnologische innovatie, door het ontdekken van nieuwe genen, eiwitten en metabolieten met potentiële toepassingen in de geneeskunde, de industrie of de landbouw. “De oceaan is een enorme bron van biologische diversiteit en dus ook van genetische diversiteit”, vertelt Laiolo. “We kunnen dus zoeken naar genen die coderen voor enzymen die bestand zijn tegen hoge temperaturen en zoutgehaltes. Of we zoeken naar genen die betrokken zijn bij de productie van nieuwe antibiotica of antivirale middelen.”
De onderzoekers noemen de catalogus een ‘levend document’, dat voortdurend zal worden bijgewerkt en uitgebreid naarmate er meer oceaanmonsters worden geanalyseerd. Ze hopen dat de wetenschappelijke gemeenschap het zal gebruiken om de oceaan verder te verkennen en waarderen. “De catalogus is een mijlpaal in de oceanografie, maar ook slechts het begin van een spannende reis”, aldus Duarte. “We nodigen iedereen uit om de catalogus te gebruiken om de wonderen van het zeeleven te ontdekken en om bij te dragen aan de kennis en het behoud van onze blauwe planeet.”
