Mikrobielle Gemeinschaften in Natur und Labor - Interview

Mein Name ist Ed DeLong und ich bin Professor am Massachusetts Institute of Technology. Ich habe eine Doppelbeschäftigung im Bereich Bau- und Umweltingenieurwesen und Bioingenieurwesen, was wie eine ungewöhnliche Mischung erscheinen mag, weil ich wirklich an zwei verschiedenen Orten mit beiden Füßen stehe. Einer der Aspekte unserer Forschung hat mit der Umwelt zu tun und insbesondere mit Mikroorganismen, wie sie die Umwelt beeinflussen, wie die Umwelt sie beeinflusst, und das ist der zivile und ökologische Teil, der ökologische Teil unseres Programms.

Die andere Sache, die wir studieren, hat mehr mit Biotechnik zu tun. Wie ticken Mikroben? Wie setzen sie sich zusammen?

Wie arbeiten die verschiedenen Teile, aus denen eine Mikrobe besteht, Mikroben oder mikrobielle Gemeinschaften, synergetisch zusammen? Die Art der Allianz zwischen diesen beiden Bereichen funktioniert also ziemlich gut. Mein eigener spezifischer Hintergrund ist die allgemeine Mikrobiologie, ein wenig vermischt mit der Ozeanographie.

Ich, ich habe meinen Abschluss in Bakteriologie an der UC Davis, meinen Bachelor-Abschluss. Und dann habe ich am Scripps Institute of Oceanography promoviert. Meine Doktorarbeit, eigentlich Meeresbiologie, wenn man das glauben kann.

Und hier bin ich am MIT. Wie kam es dazu? Das Gebiet der Mikrobiologie hat sich sehr schnell verändert.

Und einer der Einflüsse, großen Einflüsse auf das, was wir heute über Mikroben verstehen, sind wirklich technologische Fortschritte im Bereich der Genomik. Normalerweise sind Mikroben, wenn man sie unter einem Mikroskop betrachtet, sehr schwer zu identifizieren. Es gibt einige verschiedene Formen und Größen, aber sie sagen nicht wirklich viel darüber aus, wer dieser Organismus ist oder was er tut.

Und so waren Mikrobiologen in der Regel dazu verdammt, Mikroben im Labor zu untersuchen, was unglaublich mächtig war. Es ist eine Art Auswuchs der medizinischen Mikrobiologie. So können Sie eine Mikrobe aus der Umwelt isolieren, genau wie Sie eine Chemikalie isolieren können.

Und wenn man erst einmal diese reine Mikrobe hat, diese reine mikrobielle Spezies, die man kennenlernen kann, ihren Phänotyp, ihre Eigenschaften, die verschiedenen Attribute, die es ihr ermöglichen, in der Umwelt zu funktionieren, und so weiter. Es gibt jedoch zwei Probleme damit, wenn es darum geht, die gesamte mikrobielle Welt zu verstehen. Und, und das ist, dass sich Mikroben im Labor nicht immer so verhalten, wie sie sich in der Umwelt verhalten könnten.

Und das andere Problem, das noch größer ist, ist, dass mikrobielle Spezies zum großen Teil wirklich schwer zu domestizieren sind. Die mikrobiellen Zoos, die wir im Labor haben, repräsentieren in der Regel nur vielleicht 0,1 % dessen, was es in der Natur gibt. Es gibt also einen, einen großen Teil der mikrobiellen Welt, den wir einfach noch nicht im Labor züchten konnten, und deshalb verstehen wir ihn nicht.

Und doch stellt dies den größten Anteil an Biomasse in der Natur dar. Und es gibt viele Gründe, warum das wichtig ist. Aber einer der wichtigsten ist, dass Mikroben, wenn man so will, die Motoren der Umwandlungen von Energie und Materie in der Natur sind.

Also, also die Flüsse von Dingen wie Treibhausgasen oder Energie durch Ökosysteme, die im Verhältnis zu einigen dieser Gase, über die wir sprechen, enorm sind. Die jährlichen Gigatonnenflüsse werden von mikrobiellen Spezies auf verteilte Weise vermittelt, obwohl sie sehr klein sind. Es ist die Macht der Zahlen und die verteilte Natur der mikrobiellen Welt auf unserem Planeten, die viel Masse und Energie bewegt.

Und, und das ist eine Art von zwingenden Gründen, Mikroben auf ihrem eigenen Territorium zu verstehen, sie in der Natur zu verstehen. Nun, als die Genomik in den Vordergrund rückte, wurde es immer einfacher und billiger und billiger, ganze mikrobielle Genome zu sequenzieren. Und das begann natürlich etwa Mitte der neunziger Jahre.

Und als das anfing, erkannten die Menschen, dass man dieselben Techniken anwenden konnte, um etwas über die Eigenschaften von Genomen und Mikroben in der natürlichen Umgebung zu erfahren, ohne sie überhaupt kultivieren zu müssen. Und das ist ein Ableger früherer Studien von wirklich Carl Leiden und Normtempo. Und Mitte der achtziger Jahre erkannte norm pace, dass ich Mikroben identifizieren kann, ohne sie züchten zu müssen.

Und die Art und Weise, wie das gemacht wurde, war, in jeden mikrobiellen Lebensraum zu gehen, Biomasse zu isolieren und dann entweder DDNA oder RNA daraus und aus diesen Nukleinsäuren zu extrahieren. Man könnte zum Beispiel taxonomisch informative Moleküle wie ribosomale RNAs sequenzieren. Sie würden also eine Liste verschiedener ribosomaler RNAs erhalten.

Sie sind fast wie Barcodes für bestimmte taxonomische Typen. Und man könnte die Arten von Mikroben in einem bestimmten Lebensraum identifizieren. Die Einschränkung dieses Ansatzes besteht darin, dass alles, was Sie haben, ein RN-Gen ist.

Es sagt Ihnen, wer das Mikro ist, aber es sagt Ihnen nicht genau, was es tut. Mit der Anwendung der Genomik können Sie jetzt noch einen Schritt weiter gehen, Sie können Nukleinsäuren aus fast jedem mikrobiellen Lebensraum isolieren, den Sie sich vorstellen können, und zwar mit einer Vielzahl von Techniken. Isolieren Sie entweder große Genomfragmente, was einige der experimentellen Protokolle sind, die wir Ihnen heute zeigen werden.

Oder man kann diese DNA in kleine Stücke sprengen und eine Schrotflintensequenzierung durchführen. Und der einfachste Weg, darüber nachzudenken, ist, dass Sie eine Teileliste mit den Komponenten aller Mikroben erhalten, aus denen diese Gemeinschaft besteht. Und, aber das ist eine Teileliste, auf die wir vorher noch keinen Zugriff hatten.

Von dieser Teileliste aus können wir also eine Art Entwirrung vornehmen, was die Mikroben ausmacht, die es gibt, was einige ihrer potenziellen Funktionen sind. Und was wir am Ende wirklich tun, ist, Hypothesen zu generieren, die wir dann mit biochemischen Mitteln testen können. Physiologisch bedeutet, in die Umwelt zurückzukehren und Gene in, in Raum und Zeit zu verfolgen.

Und dieser ganze Bereich, der sich entwickelt hat, der Genomik mit ökologischen Ansätzen verbindet, wird heute als Metagenomik oder Umweltgenomik bezeichnet. Und was man heute feststellt, ist, dass diese Art von Ansätzen in vielen verschiedenen Lebensräumen, in Böden, in landwirtschaftlichen Umgebungen draußen im Ozean praktiziert werden. Eine der ersten größten Studien dieser Art wurde von Craig Venter in der Sargassosee und vor allem auch im menschlichen Mikrobiom durchgeführt.

Die meisten Menschen wissen es vielleicht nicht, aber mit dem menschlichen Körper sind mehr mikrobielle Zellen als menschliche Zellen verbunden. Es gibt etwa 10 auf die 14. Mikroben und nur 10 auf die 13. von uns. Was ich also manchmal gerne sage, ist, dass Gott eine übermäßige Vorliebe für Mikroben gehabt haben muss, denn es gibt mehr von ihnen als von uns.

Aber diese Konzepte sind wirklich wichtig. Denken Sie an uns. Wir sind nie allein.

Wir haben immer eine mikrobielle Gemeinschaft bei uns, die wahrscheinlich viele verschiedene Funktionen hat. Es gibt jetzt Hinweise darauf, dass bei einigen, einigen Erkrankungen wie Fettleibigkeit die mikrobielle Komponente einen großen Einfluss auf den menschlichen Phänotyp haben kann und darauf, wie viel Energie wir aus unseren Nahrungsquellen gewinnen oder nicht. Wir sind also ein lebendiges System, das nicht nur aus uns besteht, sondern aus der Symbianz, wenn man so will, die wir mit uns tragen.

Diese neuen Ansätze, die die Genomik nutzen, ermöglichen es uns, damit zu beginnen, die Teile der biologischen Welt zu sezieren, die wir bisher nicht betrachten konnten. Und darin, darin liegt ihre Macht. Was in diesem Bereich passiert Im Moment geht es um mehr als nur das Sammeln einer Teileliste, sondern es geht wirklich um die Vorstellung, dass eine echte Dynamik im Gange ist.

Anfangs, als Genome zu sequenzieren begannen, gab es natürlich eine einzige Genomsequenz, wirklich als eine einzige Einheit, man hat einen gereinigten Stamm einer Mikrobe, sie hat ein Genom, und man kann, sagen wir, die 2 Millionen Basenpaare bestimmen, aus denen dieses Genom besteht. Und es scheint eine sehr feste und statische Einheit zu sein. Wenn wir uns jedoch die Natur ansehen, stellen wir fest, dass es so etwas wie einen einzelnen Stamm einer Mikrobe wirklich selten gibt.

Wenn man sich diese natürlichen mikrobiellen Populationen ansieht, stellt man fest, dass es ein Thema gibt, ein genomisches Thema, um das herum eine Spezies zusammengestellt ist, wenn man so will. Aber in jeder gegebenen Population gibt es viele, viele, viele Varianten, viele Variationen dieses Themas, viele Stämme. Und was wir zu sehen beginnen, ist, dass Genome nicht wirklich statische Entitäten sind, sondern dass sie sich ständig verändern.

Sie sind, sie sind dynamisch. Und tatsächlich tun sie das in der Bevölkerung. Und so kann man sich vorstellen, dass es subtile Schwankungen in der Umwelt gibt, die mit Nährstoffen oder dem Salzgehalt der Temperatur zu tun haben könnten, dass ein gewisser Teil dieser Varianten in der Bevölkerung ein wenig besser auf diese Umweltveränderungen reagieren kann.

Und es gibt ständige Verschiebungen, aber auch sie verändern sich. Und so wird die Variation fortwährend durch neutrale Drift zugeführt und dann durch Selektion beeinflusst. Und das gibt einem eine andere Sichtweise, eine dynamischere Sicht darauf, was Genome sind.

Und es ist mehr wie ein statisches Bild eines Genoms, es ist eher wie das Betrachten eines Filmes. Und eines der mächtigen Dinge bei einigen der neuen Studien ist, dass wir anfangen, die Stopprahmen zu bekommen, um ein Bild davon zu erstellen, wie sich Genome entwickeln, was das in Bezug auf den Phänotyp des Organismus und seine Reaktion auf die Umwelt und seinen Einfluss auf die Umwelt bedeutet. Das ist wirklich ziemlich aufregend, weil es ein neues Gebiet für die mikrobiologische Populationsgenetik ist, auch wenn man denken könnte, dass es in der Mikrobiologie gut entwickelt wäre, aber das liegt nicht wirklich daran, dass wir nicht wirklich eine Möglichkeit hatten, die Genetik natürlicher mikrobieller Populationen sehr detailliert zu untersuchen.

Und, und das ist eine weitere Komponente dieser Art von Forschung, ist, dass wir jetzt in diese Populationsgenetik und Populationsgenomik eintauchen können, um den Film zu sehen. Und, und das ist wirklich sehr mächtig und hat viele praktische Implikationen für das, was wir darüber verstehen, wie Mikroben Funktionen erwerben, wie sich Funktionen und Eigenschaften in Gemeinschaften ausbreiten. Und eines der überraschenden Dinge für uns ist, dass es ein wenig unsere Vorstellung davon verändert, wie, wie phänotypische Eigenschaften, wie funktionelle Eigenschaften sich unter Mikroorganismen in der Biologie bewegen könnten, natürlich Die Biologie sexueller Organismen, wir denken typischerweise an Merkmale, die von der Mutter an die Tochter weitergegeben werden und so weiter.

Und, und so sind biologische Eigenschaften, werden durch diese Art von genetischer Vererbung vermehrt. Die mikrobielle Welt hat jedoch eine andere Dynamik, und wir beginnen zu sehen, dass dies bei einigen dieser metagenomischen Untersuchungen, die mit dem zu tun haben, was man lateralen Transfer nennt, also Gene oder ganze Arons, die von sehr unterschiedlichen Organismen weitergegeben werden, und durch den Prozess des Transfers von DNA, und wenn diese DNA im Empfängerorganismus exprimiert wird und einen positiven Selektionswert hat, Dann kann es beginnen, sich unter vielen verschiedenen Organismen zu vermehren. Und wir haben kürzlich gesehen, dass wir mit den Techniken, die wir uns im Labor ansehen, in der Lage sind, sehr große Genomfragmente aus mikrobiellen Populationen zu isolieren.

Und das tun wir zu unterschiedlichen Zeitpunkten in Zeit und Raum. In diesem Fall ist es uns gelungen, große Teile des Genoms entlang eines Energiegradienten zu isolieren, dem Gradienten des Lichts, das den Ozean durchdringt. Und das ist ein sehr gut definierter Gradient an Orten, die wir im offenen Ozean untersuchen.

Die Pho-Zone ist eigentlich ziemlich tief. Es erstreckt sich bis zu 200 Meter unter dem Meer, an der Meeresoberfläche. Und, aber die Energie ändert sich natürlich in Qualität und Quantität.

Wenn das Licht abgeschwächt wird, wird es immer blauer, je tiefer man geht, so dass den Organismen, die in der Tiefe leben, nur ein kleinerer Wellenlängenbereich zur Verfügung steht. Und auch die Energie des Lichts ist geringer. Man kann also anfangen zu untersuchen, wie Organismen, die Licht verwenden, sich entlang dieser Funktion des Energiegradienten, der unterschiedlichen Lichtqualität und -quantität, anpassen und verändern könnten.

Das Interessante ist, dass man bestimmte Gene und die Arten von Mikroorganismen, mit denen sie verbunden sind, entlang dieser Lichtgradienten verfolgen kann. Und um es kurz zu machen: Was wir herausgefunden haben, ist, dass einige bestimmte Gene, die an der Ernte von Lichtenergie beteiligt sind und als Stäbchendosine bezeichnet werden, so einfach zu exprimieren und zu benötigen sind. So wenige Gene bilden das Photosystem, dass sie zwischen allen möglichen Arten von Mikroben hin- und hergesprungen sind.

Und der Grund, warum wir das sagen können, ist, dass wir Genomfragmente von wirklich sehr unterschiedlichen Gruppen isoliert haben, die so unterschiedlich sind wie Bakterien in ArcHa. Und wir finden das gleiche Fotosystem mit fast identischen Eigenschaften. So können Sie diese Teile funktioneller Gene verfolgen, während sie sich zwischen Organismen in der Umwelt bewegen.

Es geht nicht nur um die Kartierung von Genen auf Organismen, sondern auch um die Kartierung dieser Gene entlang des Umweltgradienten. Die andere Sache, die wir beobachten, wenn wir uns diese großen Genomfragmente ansehen, die diese Photosysteme enthalten, ist, dass sie in der Photozone von Tiefen von etwa null Metern bis 130 Metern recht häufig vorkommen. Aber man gelangt bis zur Basis der Photozone und direkt darunter verschwinden diese Gene.

Sie sind verschwunden, obwohl die gleichen Organismen tiefer existieren. Und das zeigt uns, dass in Abwesenheit von Selektion, d.h. in Abwesenheit von Licht, das es diesen Genen ermöglicht, zu funktionieren, sie unter allen verschiedenen Arten von Organismen als Funktion der Tiefe verloren gehen. Der Grund, warum das interessant ist, ist, dass es uns zunächst einmal etwas über einen bestimmten Energieerzeugungsmechanismus erzählt, der Licht verwendet, wo es sich in der Umgebung befindet und wie es unter den Organismen verteilt ist und welche Dynamik es bewegt.

Aber es ist auch allgemein interessant, eine neue Art, darüber nachzudenken, wie man Gene und Genome kartieren kann, nicht nur auf Organismen, sondern wo diese Organismen in Zeit und Raum vorkommen und wo diese Gene in Zeit und Raum vorkommen und wo die Schnittmenge ist. Wir fangen gerade erst an zu lernen, wie man das macht. Das war ein Beispiel für nur einen Satz von Genen.

Aber man könnte die allgemeine Frage stellen, nun, wie viele Kategorien dieser kosmopolitischen Gene, die sich gerne viel bewegen, es gibt, wir kennen die Antwort auf diese Frage in keinem bestimmten Lebensraum und wie häufig das ist, was die Mechanismen sind, um diese Gene zu bewegen. Handelt es sich um freie DNA in der Umwelt? Ist es ein Virus, das die Gene von Organismus zu Organismus vermehrt?

Das sind alles Dinge, die weitgehend unbekannt sind, die aber jetzt mit dieser Art von Techniken zugänglich sind, um Gene auf natürlich vorkommende Organismen zu kartieren, diese Organismen auf die Umwelt abzubilden und ihre Variabilität zu verstehen. Es ist also eine, es ist, es ist wirklich eine neue Zeit für die Mikrobiologie, und wir haben einen neuen Zugang dazu, das bewegte Bild der genomischen Dynamik in der Umwelt zu betrachten, und das hat uns wirklich in eine neue Position gebracht, um besser zu verstehen, wie die mikrobielle Welt in der Natur wirklich funktioniert. Eine der Herausforderungen Natürlich, und das ist eine Herausforderung sowohl für die Umweltwissenschaften als auch für die biomedizinische Wissenschaft, besteht darin, die richtigen Arten von Daten zu erfassen.

Und in diesem Fall beziehe ich mich auf Metadaten, wobei Metadaten natürlich Daten über Daten sind. Wenn du an das Beispiel denkst, das ich im Ozean gegeben habe, gibt es eine Reihe von Dingen, die du wissen möchtest. Sie wollen wissen, wie die spektrale Strahlung ist, wie, wie, wie hoch der Photonenfluss ist, welche Wellenlängen das Licht durchlässt, wie hoch die Temperatur des Wassers ist, wie hoch der Salzgehalt und der Druck sind, denn jede dieser Variablen hat wichtige Konsequenzen in Bezug darauf, wie sich die Organismen entwickeln.

Abgesehen davon, dass wir Daten über die Genome und über die Organismen erhalten, müssen wir also ziemlich reichhaltige Daten über die Umwelt erhalten, die wir mit anderen Zeiten, anderen Orten und Daten anderer Forscher vergleichen können. Und während Umweltwissenschaftler schon lange mit solchen Datensätzen arbeiten, ist diese Verschmelzung von Bioinformatik und Genomik und Umweltwissenschaften eher neu. Und Datenbanken, wie sie derzeit existieren, sind nicht unbedingt bereit, solche Daten aufzunehmen.

Und so findet gerade eine kleine Evolution statt, ich würde sagen, sowohl von der Umweltseite als auch da ich Ozeanograph und Meeresbiologe bin, und von der Ozeanographie-Seite, die versucht, mit Leuten zu sprechen, die Genomik und Bioinformatik betreiben und umgekehrt. Ich kann Ihnen ein Beispiel geben. Ich engagiere mich für ein NSF-Wissenschafts- und Technologiezentrum namens Center for Microbial Oceanography Research and Education oder Seymour.

Und bei Seymour sind wir wirklich daran interessiert, diese ganze Dynamik einzufangen, das Kontinuum von Genomen bis hin zu Biomen, all diese verschiedenen Ebenen biologischer Komplexität, vom Genom über das Transkriptom, das Proteom, die Zellen, die Populationen, die Gemeinschaften bis hin zu den Ökosystemen. Das sind viele verschiedene Arten von Informationen. Es ist ziemlich ehrgeizig.

Und so hat dieses Projekt, dieses NSF Science and Technology Center, Seymour, seinen Sitz auf Hawaii und, und, und es ist eine Gruppe von Ozeanographen, Mikrobiologen, Molekularbiologen, die versuchen, sich zusammenzutun, um herauszufinden, wie man ein bestimmtes System auf diese Weise charakterisieren kann. Und in diesem Fall handelt es sich bei dem System größtenteils um den oberen Ozean im Zentralpazifik. Ein wichtiger Grund dafür ist, dass dies eine riesige Art von biologischer Komponente erfasst, die unseren Globus bedeckt, zwei Drittel unseres Planeten. Seymour arbeitet tatsächlich mit einem anderen Projekt zusammen, das von der Moore Foundation finanziert wird.

Und Camera wird von Larry Smar und Craig Venter als ein Ort entwickelt, an dem viele genomische Daten, die in der Umwelt gesammelt wurden, erfasst und mit den synoptischen oder Umweltdaten präsentiert werden. Die Umweltdaten, die zur gleichen Zeit wie die genomischen Daten gesammelt wurden. Das ist also wirklich brandneu.

Es fängt gerade erst an und es wird mehr Koordination und Diskussionen über Datenstandards und Metadatenstandards erfordern. Und wie erstellt man eine Datenbank, die solche Informationen enthalten kann? Denn im Moment konzentriert es sich hauptsächlich auf den Ozean, was einem einen Fokus gibt.

Aber Sie können sich vorstellen, dass Menschen, die das menschliche Mikrobiom untersuchen, sicherlich ähnliche Arten von Datensätzen zusammen mit klinischen Daten, Daten über Individuen und so weiter benötigen. Es ist eine ganz andere Reihe von Problemen, aber in vielerlei Hinsicht ist es die gleiche Art von Problem, die genomischen Daten von natürlichen mikrobiellen Populationen zusammen mit all den damit verbundenen und relevanten Metadaten darüber zu erfassen, wo sie leben, welche Bedingungen herrschen und so weiter. Die Hoffnung ist natürlich, dass es große relationale Datenbanken geben wird, in denen man recht interessante Fragen zu bestimmten Gentypen oder -kategorien stellen kann.

Man könnte über bestimmte Gene nachdenken, die wir typischerweise mit Krankheitserregern in Verbindung bringen, wie Pille I, gibt es bestimmte Pille I, die immer mit klinischen oder pathogenen Umgebungen in Verbindung gebracht werden, oder sind diese Pille I weiter verbreitet und wirklich nur an bestimmte Umstände angepasst, in Bezug auf die Bildung von Krankheitserregern und so weiter. Es gibt möglicherweise viele Überschneidungen zwischen diesen Datensätzen, wenn es darum geht, zu verstehen, wie sich die mikrobielle Welt entwickelt und wie bestimmte Anpassungen zu der einen oder anderen Art von Umweltbeziehungen oder Lebensstilen führen könnten. Lebe ich frei?

Bin ich anhänglich, bin ich ein Krankheitserreger? All diese Dinge hängen miteinander zusammen. Wenn diese relationalen Datenbanken wachsen, werden sie wahrscheinlich sowohl für die praktischen Anwendungen als auch für die Entwicklung der Theorie sehr wichtig sein.

Und, und sie sind noch nicht so weit. Sie haben einen langen Weg vor sich, oh, ich würde sagen, fünf oder 10 Jahre. Ich denke, es wird eine Reihe von Entwicklungen geben, natürlich im Zusammenhang mit dem menschlichen Genom und der Humanmedizin und der Genetik.

Das Tausend-Dollar-Genom war der heilige Gral und die Technologien entwickeln sich ziemlich schnell, zumindest für die Re-Sequenzierung. Eine der großen Auswirkungen wird also darin bestehen, die Messlatte für das Abrufen genomischer Informationen zu senken. Damit meine ich nur die Wirtschaftlichkeit.

Es wird viel billiger und viel schneller sein. Und es wird wahrscheinlich in nicht allzu ferner Zukunft Geräte in der Größe einer Armbanduhr geben, auf denen Sie Ihr eigenes Genom sequenzieren können, wenn Sie möchten. Das liegt sicherlich im Bereich des Möglichen.

Wenn das passiert, ändert sich das Spiel ein wenig. Im Moment findet ein Großteil der Genomsequenzierung in sehr großen spezialisierten Zentren mit vielen Mitarbeitern statt. Was mit der Genomsequenzierung sicherlich passieren wird, und das passiert jetzt, ist, dass sie viel verteilter wird.

Und das Interessante daran ist, dass es neue Herausforderungen für die Datenerfassung, die Datenstandards und die Datenverbreitung mit sich bringt, da die Punktquellen der Datengenerierung immer mehr verteilt werden. Das ist also eine nette Herausforderung. Und wieder geht es um das ganze Datenbankproblem.

Eine andere Sache, die zu passieren beginnt und noch mehr passieren wird, ist, dass wir typischerweise daran denken, genomische Daten als ein Unternehmen zu erhalten, das wir in einer Datenbank hinterlegen, es wird zu einer Datenbank und dann machen wir weiter. Die DNA-Sequenzierung hat tatsächlich sehr mächtige Anwendungen in der experimentellen Wissenschaft. Und mit einigen der neuen Technologien, die in den Vordergrund rücken, denke ich, dass wir sehen werden, dass die Menschen genomische Daten eher in einem experimentellen Modus sammeln werden als nur in einem Datenerfassungs- und -ablagerungsmodus.

Und man kann sich vorstellen, Populationen in der Umwelt zu verfolgen, indem man die Genexpression beobachtet und Genexpressionsmuster mit proteomischen Mustern überlagert. All diese Dinge werden passieren. Und so werden wir die Genomsequenzierung wahrscheinlich eher als ein experimentelles Werkzeug betrachten als als eine Möglichkeit, Datenbanken zu erweitern.

Diese Art von Dingen ist also alles im Anmarsch, und, und, und natürlich wird von zentraler Bedeutung für sie alle die Datenerfassung sein, die Infrastruktur, die Berechnung, sowohl in Hardware als auch in Software, um mit all diesen Daten umzugehen, denn die Mengen sind enorm. Und, und dann obendrein, die Art der Theorieentwicklung, wenn man über biologische Theorie nachdenkt, da sie insbesondere auf die Ökologie anwendbar ist, vieles davon auf großen Organismen basiert, großen sexuell reproduzierenden Organismen, und in der Tat gelten einige der Spielregeln und einige der Theorien nicht unbedingt für die mikrobielle Welt. Und so denke ich, dass es für Mathematiker und Theoretiker in der Zukunft ein riesiges Potenzial gibt, diese Daten, die jetzt gesammelt werden und in Zukunft gesammelt werden, als die Art von Datenmodellen, wenn man so will, für die Entwicklung neuer Theorien und Vorhersagetheorien zu nutzen.

Und am Ende geht es wirklich darum, zu verstehen, wie unser Planet funktioniert, zum Teil, weil die Luft, die wir atmen, die Materie- und Energieflüsse, die die Elementarkreisläufe auf der Erde wirklich ausgleichen, weitgehend durch die kollektiven Aktivitäten der mikrobiellen Spezies reguliert werden. Da wir als Spezies gerade jetzt selbst genauso stark auf einige Energie- und Stoffkreisläufe drängen, nehmen wir zum Beispiel CO2 in der Atmosphäre, wird es immer wichtiger, die Dynamik und Details zu verstehen, wie das natürliche Gleichgewicht zustande kommt, da wir uns das selbst verschafft haben und darüber nachzudenken, wie wir ein wenig mehr im Gleichgewicht mit den Kreisläufen von Materie und Energie leben können, auf unserem Planeten. Ich glaube also, dass sich einige dieser grundlegenden Techniken, die wie eine Reduktion der Wissenschaft erscheinen, durch die Metagenomik und einige dieser anderen Techniken, über die ich gesprochen habe, und die Theorie zu einer ganzheitlicheren Wissenschaft entwickeln werden, was das Verständnis komplexer Systeme betrifft, nicht nur auf der Ebene der Zelle. Aber auf der Ebene unseres Planeten.

Und mit einigen dieser Techniken, die wir Ihnen im Labor gezeigt haben, und, und, und wo das Feld gerade steht, machen wir nur die ersten kleinen Schritte. Aber ich denke, wir können anfangen, wissen Sie, winzige Einblicke darin zu sehen, wohin das führen könnte. Und es wird spannend sein, wenn wir herausfinden können, wie wir es orchestrieren können, denn es erfordert die Fähigkeiten einer Vielzahl von Technologen, Theoretikern, Mathematikern, Ingenieuren, um zu versuchen, alles zusammenzubringen.

Es sind also interessante Zeiten und es wird an diesem Punkt bestimmt noch interessanter werden.