Doğa ve Laboratuvar Mikrobiyal Toplulukları - Röportaj

Benim adım Ed DeLong ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde profesörüm. Aslında hem inşaat ve çevre mühendisliği hem de biyolojik mühendislik alanlarında çift atamam var; ayaklarım gerçekten iki farklı yerde olduğu için bu alışılmadık bir karışım gibi görünebilir. Araştırmalarımızın yönlerinden biri çevreyle ve özellikle mikroorganizmalarla, bunların çevreyi nasıl etkilediğiyle, çevrenin onları nasıl etkilediğiyle ilgilidir; programımızın inşaat ve çevre kısmındaki, çevreyle ilgili olan bölümü budur.

İncelediğimiz diğer konu ise daha çok biyolojik mühendislikle ilgilidir. Mikropları harekete geçiren nedir? Nasıl yapılandırılmışlardır?

Bir mikrobun veya mikrobiyal toplulukların oluşturduğu farklı kısımlar sinerji içinde nasıl birlikte çalışır? Dolayısıyla, bu iki alan arasındaki bir tür ittifak oldukça iyi işliyor. Benim kendi özel uzmanlık alanım, oşinografi ile harmanlanmış genel mikrobiyolojidir.

Lisans derecemi UC Davis'te bakteriyoloji alanında aldım. Daha sonra Scripps Okyanus Bilimi Enstitüsü'nde doktora yaptım. İnanırsınız ya da inanmazsınız, doktoram aslında deniz biyolojisi üzerine.

Ve işte şimdi MIT'deyim. Bu nasıl oldu? Mikrobiyoloji alanı gerçekten çok hızlı bir değişim geçiriyor.

Günümüzde mikroplar hakkında anladıklarımız üzerindeki en büyük etkilerden biri, özellikle genomik alanındaki teknolojik gelişmeler olmuştur. Mikropları tipik olarak bir mikroskop altında incelediğinizde, onları tanımlamak oldukça zordur. Farklı şekil ve boyutlarda olsalar da, bu durum söz konusu organizmanın kim olduğu veya ne yaptığı hakkında size pek bir bilgi vermez.

Bu nedenle mikrobiyologlar genellikle, inanılmaz derecede etkili sonuçlar veren, mikropları laboratuvar ortamında incelemekle sınırlı kalmışlardır. Bu durum, tıbbi mikrobiyolojinin bir uzantısı gibidir. Böylece, tıpkı bir kimyasalı izole edebileceğiniz gibi, çevreden bir mikrobu da izole edebilirsiniz.

Saf bir mikrop, yani saf bir mikrobiyal tür elde ettiğinizde, onun fenotipi, özellikleri ve çevrede işlev görmesini sağlayan farklı nitelikleri hakkında bilgi edinebilirsiniz. Ancak, tüm mikrobiyal dünyayı anlamak açısından burada iki sorun bulunmaktadır. Bunlardan biri, laboratuvardaki mikropların her zaman çevredeki davranışları ile aynı şekilde davranmamasıdır.

Ve daha da büyük olan diğer sorun, mikrobiyal türlerin büyük bir kısmının evcilleştirilmesinin gerçekten zor olmasıdır. Laboratuvarda sahip olduğumuz mikrobiyal hayvanat bahçeleri, genellikle doğada bulunanların belki sadece %0.1'ini temsil etmektedir. Bu nedenle, mikrobiyal dünyanın henüz laboratuvar ortamında yetiştiremediğimiz ve dolayısıyla anlayamadığımız çok geniş bir bileşeni bulunmaktadır.

Yine de bu durum, doğadaki biyokütlenin çok büyük bir kısmını temsil etmektedir. Bunun önemli olmasının birçok nedeni vardır; ancak temel nedenlerden biri, mikropların doğadaki enerji ve madde dönüşümlerinin motorları olmasıdır.

Sera gazları gibi maddelerin ve ekosistemler boyunca enerji akışlarının, bahsettiğimiz bazı gazlar açısından oldukça geniş oranlarda olduğu görülür. Çok küçük olmalarına rağmen, yıllık gigaton düzeyindeki akışlar aslında mikrobiyal türler tarafından dağıtık bir biçimde yönetilmektedir. Gezegenimiz genelindeki mikrobiyal dünyanın sayısal gücü ve dağıtık doğası, çok büyük miktarda kütle ve enerjinin yer değiştirmesini sağlar.

Ve bu, mikropları kendi ortamlarında, yani doğada anlamak için ikna edici nedenlerden biridir. Genomik ön plana çıktığında, tüm mikrobiyal genomların dizilenmesi giderek daha kolay ve daha ucuz hale geldi. Ve elbette bu durum, yaklaşık doksanlı yılların ortalarında gerçekleşmeye başladı.

Bu durum gerçekleşmeye başladığında, insanlar aynı tekniklerin, doğal ortamdaki mikropları kültüre etmeye gerek kalmadan genom özelliklerini öğrenmek için de kullanılabileceğini fark ettiler. Bu yaklaşım, esasen Carl Woese ve Norm Pace tarafından yapılan daha önceki çalışmaların bir türevidir. Seksenli yılların ortalarında Norm Pace, mikropları büyütmek zorunda kalmadan tanımlayabileceğini fark etti.

Bu işlem, herhangi bir mikrobiyal habitata gidip biyokütle izole etmek ve ardından buradan ya DDNA ya da RNA ekstre etmek şeklinde gerçekleştirilirdi. Örneğin, ribozomal RNA'lar gibi taksonomik olarak bilgilendirici moleküller dizilenebilirdi. Böylece farklı ribozomal RNA'lardan oluşan bir liste elde edilirdi.

Bunlar neredeyse belirli taksonomik tipler için barkodlar gibidir. Ve herhangi bir belirli habitattaki mikrop türlerini tanımlayabilirsiniz. Bu yaklaşımın sınırlaması, elinizde yalnızca bir RN geninin olmasıdır.

Bu yöntem size mikroorganizmanın kim olduğunu söyler ancak tam olarak ne yaptıklarını söylemez. Dolayısıyla şimdi, genomik uygulamalarıyla bunu bir adım öteye taşıyabilir, aklınıza gelen hemen hemen her mikrobiyal habitattan çeşitli teknikler kullanarak nükleik asitleri izole edebilirsiniz. Bugün size göstereceğimiz bazı deneysel protokoller olan büyük genom fragmanlarını izole edebilirsiniz.

Ya da o DNA'yı küçük parçalara ayırıp shotgun dizileme yapabilirsiniz. Bunu düşünmenin en kolay yolu, o topluluğu oluşturan tüm mikropların bileşenlerine dair bir parçalar listesi elde ettiğiniz şeklinde olabilir. Ve bu, daha önce asla erişimimizin olmadığı bir parçalar listesidir.

Böylece, bu parçalar listesinden yola çıkarak orada bulunan mikropları neler oluşturduğunu ve potansiyel işlevlerinin neler olduğunu bir anlamda ayrıştırabiliriz. Aslında yaptığımız şey, daha sonra biyokimyasal yöntemler veya fizyolojik yöntemler kullanarak, çevreye geri dönüp genleri mekan ve zaman boyutunda takip ederek test edebileceğimiz hipotezler üretmektir.

Genomiği ekolojik yaklaşımlarla birleştiren ve gelişmiş olan bu tüm alan, günümüzde metagenomik veya çevresel genomik olarak adlandırılmaktadır. Bugün görülen durum, bu tür yaklaşımların topraklar, tarımsal ortamlar ve okyanuslar gibi birçok farklı habitatta uygulanmaktır. Bu türdeki ilk kapsamlı çalışmalardan biri Craig Venter tarafından Sargasso Denizi'nde yürütülmüştür ve aynı zamanda önem arz eden bir diğeri ise insan mikrobiyomu üzerinedir.

Çoğu insan farkında olmayabilir ancak insan vücuduna eşlik eden mikrobiyal hücre sayısı, insan hücresi sayısından daha fazladır. Yaklaşık 10¹⁴ mikrop varken, bizden sadece 10¹³ tane vardır. Bu yüzden bazen şunu söylemeyi severim; Tanrı'nın mikroplara aşırı bir düşkünlüğü olmalı çünkü onlardan bizden daha fazla var.

Ancak bu kavramlar gerçekten önemlidir. Bizim durumumuzu düşünün. Asla yalnız değiliz.

Yanımızda her zaman, muhtemelen birçok farklı fonksiyona sahip bir mikrobiyal topluluk bulunur. Günümüzde, obezite gibi bazı bozukluklarda, mikrobiyal bileşenin temel olarak insan fenotipi ve gıda kaynaklarımızdan ne kadar enerji elde ettiğimiz üzerinde büyük bir etkiye sahip olabileceğine dair kanıtlar mevcuttur. Dolayısıyla bizler, sadece kendimizden değil, aynı zamanda beraberimizde taşıdığımız simbiyozdan oluşan canlı bir sistemiz.

Genomik kullanan bu yeni yaklaşımların bize sağladığı imkan, biyolojik dünyanın daha önce inceleyemediğimiz kısımlarını çözümlemeye başlamaktır. Güçleri de tam olarak burada yatmaktadır. Şu an bu alanda gerçekleşenler, sadece bir parçalar listesi toplamaktan öte, aslında orada gerçek bir dinamiğin işlediği fikrine ulaşmaktır.

Genomların dizilenmeye başladığı ilk zamanlarda, elbette tek bir genom dizisi, gerçekten tekil bir varlık olarak, bir mikrobun saflaştırılmış bir suşuna sahip olduğunuzda, onun bir genomu vardır ve bu genomu oluşturan örneğin 2 milyon bazı, baz çiftini belirleyebilirsiniz. Ve bu, oldukça sabit ve statik bir varlık gibi görünür. Ancak doğaya bakıp incelediğimizde gördüğümüz şey, bir mikrobun tek bir suşu gibi bir durumun gerçekte nadiren mevcut olduğudur.

Bu doğal mikrobiyal popülasyonlara baktığınızda, bir türün etrafında toplandığı, tabiri caizse genomik bir tema olduğunu görürsünüz. Ancak herhangi bir popülasyonda, bu temanın çok sayıda varyantı, pek çok farklılığı ve birçok suşu bulunmaktadır. Artık görmeye başladığımız şey, genomların aslında statik varlıklar olmadığı, aksine sürekli değiştikleridir.

Onlar dinamiklerdir. Aslında bunu popülasyonlar içinde gerçekleştirirler. Bu nedenle; besinler, sıcaklık veya tuzlulukla ilgili olabilecek çevresel ortamdaki hafif varyasyonlar olduğunda, popülasyondaki bu varyantların bir kısmının söz konusu çevresel değişime biraz daha iyi tepki verebileceğini düşünebilirsiniz.

Sürekli bir değişim söz konusu, ancak bunlar da yine değişiyor. Böylece varyasyon, nötr sürüklenme ile sürekli olarak sağlanıyor ve ardından seçilim tarafından etkileniyor. Bu durum, genomların ne olduğuna dair farklı, daha dinamik bir bakış açısı sunuyor.

Ve bu, bir genomun statik bir resmi yerine, daha çok bir hareketli görüntüye bakmak gibidir. Yeni çalışmaların bazı güçlü yanlarından biri, genomların nasıl evrildiğinin, bunun organizmanın fenotipi açısından ne anlama geldiğinin, çevreye verdiği yanıtın ve aynı zamanda çevre üzerindeki etkisinin hareketli görüntüsünü oluşturmak için gereken duraklatılmış kareleri elde etmeye başlamış olmamızdır. Dolayısıyla bu, gerçekten oldukça heyecan verici; çünkü mikrobiyoloji için yeni bir alan. Popülasyon genetiği, mikrobiyolojide oldukça gelişmiş olduğu düşünülebilse de aslında öyle değil; çünkü doğal mikrobiyal popülasyonların genetiğini çok detaylı bir şekilde inceleyebileceğimiz bir yönteme gerçekten sahip değildik.

Bu tür araştırmaların bir başka bileşeni de artık popülasyon genetiği ve popülasyon genomiğine derinlemesine dalarak süreci bir film şeridi gibi izleyebilmemizdir. Bu gerçekten oldukça güçlü bir yöntemdir ve mikropların işlevleri nasıl edindiği, işlevlerin ve özelliklerin topluluklar arasında nasıl yayıldığına dair anlayışımız üzerinde birçok pratik etkileşime sahiptir. Bizim için şaşırtıcı olan şeylerden biri de, fenotipik özelliklerin ve fonksiyonel özelliklerin biyolojide mikroorganizmalar arasında nasıl hareket edebileceğine dair kavramların biraz değişmesidir; elbette eşeyli organizmaların biyolojisinde, özelliklerin tipik olarak anneden kıza ve benzer şekilde aktarıldığını düşünürüz.

Böylelikle biyolojik özellikler, bu tür bir genetik kalıtım yoluyla aktarılır. Ancak mikrobiyal dünyada farklı bir dinamik söz konusudur ve bunu, yanal transfer olarak adlandırılan durumla ilgili olan bazı metagenomik araştırmalarda görmeye başlıyoruz; burada genler veya tüm operonlar, DNA transferi süreci aracılığıyla birbirinden çok farklı organizmalar arasında aktarılır ve eğer bu DNA alıcı organizmada eksprese olursa ve pozitif bir seçilim değerine sahip olursa, birçok farklı organizma arasında yayılmaya başlayabilir. Yakın zamanda, laboratuvarda incelediğimiz türdeki teknikleri kullanarak bunun nasıl işlediğini, mikrobiyal popülasyonlardan çok büyük genom fragmanlarını izole edebildiğimizi gördük.

Ve bunu zamanın ve mekanın farklı noktalarında yapıyoruz. Bu durumda yapabildiğimiz şey, bir enerji gradyanı boyunca, yani okyanusa nüfuz eden ışık gradyanı boyunca genomların geniş kısımlarını izole etmek oldu. Ve bu, açık okyanusta incelediğimiz yerlerde çok iyi tanımlanmış bir gradyandır.

Fotik bölge aslında oldukça derindir. Deniz yüzeyinin 200 metre altına kadar uzanır. Ancak enerjinin kalitesi ve miktarı elbette değişmektedir.

Işıktenemlendikçe, derinlere indikçe renk daha da mavileşir; bu nedenle derinlerde yaşayan organizmalar için mevcut olan dalga boyu aralığı daralır. Ayrıca ışığın enerjisi de azalır. Bu durum, ışığı kullanan organizmaların enerji gradyanı, farklı ışık kalitesi ve miktarı fonksiyonuna göre nasıl adapte olduğunu ve değiştiğini incelemeyi mümkün kılar.

İlginç olan nokta, bu ışık gradyanları boyunca belirli genleri ve bunlarla ilişkili mikroorganizma türlerini takip edebilmenizdir. Uzun sözü kısa kesmek gerekirse, ışık enerjisi hasadında rol oynayan ve rodopsinler olarak adlandırılan bazı belirli genlerin, ifade edilmesi oldukça kolaydır ve fotosistemi oluşturmak için çok az gene ihtiyaç duyarlar; bu nedenle birçok farklı mikrop türü arasında yayılmışlardır.

Bunu söyleyebilmemizin nedeni, bakteriler ve arkeler kadar birbirinden oldukça farklı olduğu bilinen gruplardan genom fragmanları izole etmiş olmamızdır. Ve neredeyse aynı özelliklere sahip aynı fotosistemi bulmaktayız. Böylece, fonksiyonel genlerin bu bölümlerinin çevredeki organizmalar arasında nasıl hareket ettiğini takip edebilirsiniz.

Mesele sadece genleri organizmalar üzerinde haritalamak değil, aynı zamanda bu genleri çevresel gradyan boyunca haritalamaktır. Dolayısıyla, bu fotosistemleri içeren geniş genom fragmanlarına bakarak gözlemlediğimiz diğer şey, bunların yaklaşık 0 metreden 130 metre derinliğe kadar olan fotik bölgede oldukça bol miktarda bulunmalarıdır. Ancak fotik bölgenin tabanına ve hemen altına indiğinizde, bu genler ortadan kaybolur.

Aynı organizmalar daha derinlerde mevcut olsa bile bunlar orada yoklar. Bu durum bize gösteriyor ki, seçilimin yokluğunda, yani bu genlerin işlev görmesini sağlayan ışığın yokluğunda, derinliğe bağlı olarak her türlü organizmada bu genler kayboluyor. Bunun neden ilgi çekici olduğu ise, öncelikle bize ışığı kullanan belirli bir enerji üretim mekanizması, bunun çevrede nerede bulunduğu, organizmalar arasında nasıl dağıldığı ve onu hareket ettiren dinamikler hakkında bilgi vermesidir.

Ancak bu aynı zamanda, genlerin ve genomların nasıl haritalandırılacağı konusunda düşünmenin yeni bir yolu olarak genel anlamda da ilgi çekicidir; sadece organizmalar üzerinde değil, bu organizmaların zaman ve mekanda nerede bulundukları, bu genlerin zaman ve mekanda nerede yer aldıkları ve bu ikisinin kesişim noktasının neresi olduğu üzerine bir yaklaşımdır. Bunu nasıl yapacağımızı henüz öğrenmeye başlıyoruz. Bu, sadece tek bir gen setinin örneğiydi.

Ancak genel bir soru sorabilirsiniz; peki, çok fazla hareket etmeyi seven bu kozmopolit genlerin kaç kategorisi var? Herhangi bir habitatta bu sorunun cevabını, bunun ne kadar yaygın olduğunu ve bu genlerin taşınma mekanizmalarının neler olduğunu bilmiyoruz. Ortamdaki serbest DNA mı? Genleri organizmadan organizmaya yayan bir virüs mü?

Bunların tamamı büyük ölçüde bilinmeyen ancak artık genlerin doğal olarak meydana gelen organizmalar üzerine haritalanması, bu organizmaların çevreyle ilişkilendirilmesi ve değişkenliklerinin anlaşılması gibi teknikler kullanılarak erişilebilir hale gelen konulardır. Dolayısıyla mikrobiyoloji için gerçekten yeni bir dönem ve çevredeki genomik dinamiklerin hareketli görüntüsünü izlemek için yeni imkanlara sahibiz; bu da bizi, mikrobiyal dünyanın doğada gerçekte nasıl işlediğini daha iyi anlamak için yeni bir konuma getirdi. Elbette zorluklardan biri —ki bu hem çevre bilimleri hem de bence biyomedikal bilimler için bir zorluktur— doğru veri türlerinin tamamını elde edebilmektir.

Ve bu durumda meta verilerden bahsediyorum; meta veri, elbette veri hakkındaki veridir. Okyanusla ilgili verdiğim örneği düşünürseniz, bilmek isteyeceğiniz bir dizi şey vardır. Spektral radyansın ne olduğunu, foton akısının ne olduğunu, gelen ışığın dalga boylarının neler olduğunu, suyun sıcaklığının, tuzluluğunun ve basıncının ne olduğunu bilmek istersiniz; çünkü bu değişkenlerin her birinin, organizmaların nasıl evrimleştiği konusunda önemli sonuçları vardır.

Bu nedenle, genomlar ve organizmalar hakkında veri elde etmenin yanı sıra; diğer zamanlarla, diğer yerlerle ve diğer araştırmacıların verileriyle karşılaştırabileceğimiz, çevreye dair oldukça zengin veriler edinmemiz gerekiyor. Çevre bilimciler uzun süredir bu tür veri setleriyle çalışıyor olsalar da, biyoinformatik ve genomik ile çevre bilimi arasındaki bu birleşme oldukça yenidir. Mevcut veritabanları ise şu anki halleriyle bu tür verileri barındırmaya her zaman hazır olmayabilir.

Şu anda hem çevresel açıdan hem de bir okyanus bilimci ve deniz biyoloğu olduğum için okyanus bilim tarafında, genomik ve biyoinformatik çalışan kişilerle karşılıklı etkileşim kurma yönünde bir evrim gerçekleşiyor diyebilirim. Size bir örnek verebilirim. Center for Microbial Oceanography Research and Education veya Seymour olarak adlandırılan bir NSF Bilim ve Teknoloji Merkezi'nde görev alıyorum.

Seymour'da, genomlardan biyomlara kadar uzanan bu tüm dinamiği, yani genomdan transkriptoma, proteoma, hücrelere, popülasyonlara, topluluklara ve ekosistemlere kadar biyolojik karmaşıklığın tüm bu farklı seviyelerini kapsama konusunda gerçekten ilgiliyiz. Bu, oldukça fazla miktarda farklı bilgi anlamına geliyor. Oldukça iddialı bir hedef.

Böylece, bu NSF Bilim ve Teknoloji Merkezi olan Seymour projesi Hawaii merkezlidir ve bu proje, belirli bir sistemi bu şekilde karakterize etmenin yollarını bulmaya çalışan oşinograflar, mikrobiyologlar ve moleküler biyologlardan oluşan bir gruptur. Bu durumda sistem, büyük ölçüde Orta Pasifik'teki üst okyanusu kapsamaktadır. Bunu yapmanın önemli bir nedeni, bunun dünyamızı kaplayan, gezegenimizin üçte ikisini kapsayan çok geniş bir biyolojik bileşeni yakalamasıdır; Seymour, Moore Vakfı tarafından finanse edilen ve camera adı verilen başka bir projeyle iş birliği yapmaktadır.

And Camera, çevreden toplanan çok miktarda genomik veriyi yakalamak ve bunu sinoptik veya çevresel verilerle, yani genomik verilerle aynı anda toplanan çevresel verilerle birlikte sunmak amacıyla Larry Smar ve Craig Venter öncülüğünde kurulmuştur. Bu nedenle bu çalışma gerçekten tamamen yenidir.

Bu süreç henüz yeni başlıyor ve daha fazla koordinasyon ile veri standartları ve meta veri standartları üzerine tartışmalar gerektirecek. Ayrıca, bu tür bilgileri içerebilecek bir veri tabanı nasıl oluşturulur? Çünkü şu an için odak noktası büyük ölçüde okyanuslar olduğundan, bu durum belirli bir odak sağlıyor.

Ancak, insan mikrobiyomunu inceleyen kişilerin de klinik veriler ve bireylere ilişkin verilerle birlikte benzer türde veri setlerine ihtiyaç duyacağını tahmin edebilirsiniz. Bu tamamen farklı bir problem kümesidir; fakat birçok açıdan, doğal mikrobiyal popülasyonlardan genomik verileri, yaşadıkları yerler, koşullar ve benzeri tüm ilişkili ve ilgili meta verilerle birlikte toplama şeklindeki aynı problem türüdür. Temenni, elbette, belirli gen tipleri veya kategorileri hakkında oldukça ilginç sorular sorulabilecek geniş ilişkisel veri tabanlarının mevcut olmasıdır.

Genellikle patojenik olanlarla ilişkilendirdiğimiz pill I gibi belirli genler üzerine düşünebilirsiniz; klinik veya patojenik ortamlarla her zaman ilişkilendirilen belirli pill I türleri mi vardır, yoksa bu pill I türleri daha yaygın olup sadece patojen oluşumu gibi belirli koşullara mı adapte olmuştur? Mikrobiyal dünyanın nasıl evrildiğini ve belirli adaptasyonların nasıl bir dizi çevresel ilişkiye veya yaşam tarzına yol açabileceğini anlamak açısından, bu veri setleri arasında potansiyel olarak gerçekleşebilecek birçok etkileşim söz konusudur. Serbest yaşayan bir canlı mıyım?

Bağlı mıyım, bir patojen miyim? Tüm bunlar birbiriyle ilişkilidir. Bu nedenle, büyüdükçe bu ilişkisel veri tabanları muhtemelen hem pratik uygulamalar hem de teorinin geliştirilmesi için gerçekten önemli olacaktır.

Ve henüz oraya varmış değiller. Önlerindeki beş veya on yıl boyunca katetmeleri gereken uzun bir yol var. Elbette insan genomu, insan tıbbı ve genetik bağlamında bir dizi gelişme olacağını düşünüyorum.

Bin dolarlık genom hedefi kutsal kase haline gelmiş durumda ve teknolojiler, en azından yeniden dizileme için oldukça hızlı gelişiyor. Dolayısıyla, en büyük etkilerden biri, genomik bilgilere erişim önündeki engellerin azalması olacaktır. Bununla kastettiğim şey tamamen ekonomik boyuttur.

Çok daha ucah ve çok daha hızlı olacak. Ve muhtemelen yakın gelecekte, isterseniz kendi genomunuzu dizileyebileceğiniz kol saati boyutunda cihazlar olacaktır. Bu kesinlikle olasılıklar dahilinde.

Bu gerçekleştiğinde, oyun biraz değişmiş olacak. Şu anda genomik dizilemenin büyük bir kısmı, çok sayıda insanın çalıştığı oldukça büyük ve özel merkezlerde yapılıyor. Genom dizileme konusunda kesinlikle yaşanacak olan ve şu an halihazırda gerçekleşen durum, bu sürecin çok daha yaygın hale geleceğidir.

Bununla ilgili ilgi çekici olan nokta ise, veri üretiminin nokta kaynaklarının giderek daha fazla dağılmasıyla birlikte; veri toplama, veri standartları ve verilerin yayılmasına yönelik yeni zorluklar ortaya çıkarmasıdır. Bu nedenle, bu oldukça dikkat çekici bir zorluktur. Ve yine, bu durum veri tabanlarıyla ilgili genel sorunla ilişkilidir.

Meydana gelmeye başlayan ve gelecekte daha da artacak olan bir diğer durum ise, genomik veri elde etmeyi tipik olarak verilerin bir veri tabanına kaydedildiği ve ardından sürecin tamamlandığı bir girişim olarak düşünmemizdir. DNA dizileme, deneysel bilimde aslında oldukça güçlü uygulamalara sahiptir. Öne çıkmaya başlayan bazı yeni teknolojilerle birlikte, insanların genomik verileri sadece veri toplama ve kaydetme modunda değil, daha çok deneysel bir modda toplamaya başlayacaklarını düşünüyorum.

Ayrıca, gen ifadesine bakarak çevredeki popülasyonların takibi ve gen ifade modellerinin proteomik modellerle üst üste getirilmesi düşünülebilir. Tüm bunlar gerçekleşecektir. Bu nedenle, genom dizilemeyi muhtemelen veri tabanlarını büyütmenin bir yolu olmaktan ziyade deneysel bir araç olarak göreceğiz.

Dolayısıyla bu tür gelişmelerle karşı karşıyayız ve elbette tüm bunların merkezinde, miktarlar çok fazla olduğu için tüm bu verileri işleyecek hem donanım hem de yazılım düzeyindeki hesaplama altyapısı ve veri yakalama yer alacaktır. Bunun yanı sıra, özellikle ekolojiye uygulanan biyolojik teoriye bakacak olursanız, teorinin geliştirilmesi süreci söz konusudur; bu teorilerin çoğu büyük organizmalara, büyük eşeyli üreyen organizmalara dayanmaktadır ve aslında oyunun bazı kuralları ile bazı teoriler mikrobiyal dünya için her zaman geçerli olmayabilir. Bu nedenle, matematikçiler ve teorisyenler için, şu anda toplanan ve gelecekte toplanacak olan bu verilerin, yeni teoriler ve öngörücü teoriler geliştirmek için bir nevi veri modelleri olarak kullanılması noktasında gelecekte büyük bir potansiyel olduğunu düşünüyorum.

Ve nihayetinde asıl amaç, gezegenimizin nasıl çalıştığını anlamak haline geliyor; çünkü soluduğumuz hava, dünyadaki elementer döngüleri gerçekten dengeleyen madde ve enerji akışları, büyük ölçüde mikrobiyal türlerin kolektif faaliyetleri tarafından düzenlenir. Bir tür olarak şu anda bazı enerji ve madde döngülerini, örneğin atmosferdeki CO2'yi, ciddi şekilde etkilediğimiz için, bu doğal dengenin nasıl oluştuğunun dinamiklerini ve ayrıntılarını anlamak, kendi etkilerimizi kavradıkça ve gezegenimizdeki madde ve enerji döngüleriyle biraz daha dengeli bir şekilde nasıl yaşayabileceğimiz üzerine düşünmeye başladıkça giderek daha önemli hale geliyor. Bu nedenle, indirgemeci bilim gibi görünen bu temel çalışmaların, metagenomik ve bahsettiğim diğer teknikler ile teoriler aracılığıyla, sadece hücre seviyesinde değil, gezegenimiz seviyesinde karmaşık sistemleri anlamaya yönelik daha bütünsel bir bilime evrileceğine inanıyorum.

Şu an için laboratuvarda size gösterdiğimiz bu tekniklerin bazılarıyla ve alanın mevcut durumuyla aslında henüz ilk adımlarımızı atıyoruz. Ancak bunun nereye evrilebileceğine dair küçük ipuçlarını görmeye başladığımızı düşünüyorum. Bunu nasıl koordine edebileceğimizi çözebilirsek, çünkü tüm bunları bir araya getirmek çok geniş bir teknolog, teorisyen, matematikçi ve mühendis grubunun becerilerini gerektiriyor, gerçekten heyecan verici olacak.

Bu yüzden, ilginç zamanlar geçiriyoruz ve bu noktadan sonra durumun daha da ilginçleşeceği kesin.