Путешествие Колдуна II. Экспедиция, которая раскрыла секреты микробиома океана - J. Craig Venter

процессов, изучая ключевых игроков, их роли и состав сообществ, который может меняться в зависимости от времени, климата, питательных веществ, углекислого газа и антропогенных факторов", - говорится в статье. "Можно представить себе будущее, в котором метаданные со спутников и метеостанций, а также другие физико-химические данные будут использоваться для интерпретации и информирования ученых о том, как эти факторы влияют на микробные процессы и состав сообществ".

Технология CAMERA была построена с использованием новой вычислительной технологии, разработанной в Calit2 и нескольких других университетах и институтах, под названием "OptiPuter". В то время в рамках этого проекта создавался прототип глобальной версии сквозной киберинфраструктуры, способной генерировать "кластер визуализации высокого разрешения" из изображений и данных, полученных в лаборатории исследователя, и передавать их по выделенному оптическому волокну со скоростью 1 или 10 гигабит в секунду на удаленные серверы данных и компьютеров в любом месте. В начале 2000-х годов это была новая и радикальная концепция.

Руководителем проекта CAMERA был основатель и первый директор центра UCSD Ларри Смарр.2 Будучи астрофизиком, который помог разработать технологию OptiPuter, Смарр несколькими годами ранее переключился с физики на компьютеры и помог создать сеть суперкомпьютеров в 1980-х годах, которая стала ранней предшественницей Интернета.

Смарр начал сотрудничать с CAMERA в 2005 году, когда ему неожиданно позвонили. "Я шел по кампусу Калифорнийского университета в Сан-Диего, когда мне позвонил Крейг", - вспоминал он позже. "Я не был с ним знаком, но он сказал мне, что нужно было где-то хранить и предоставлять подробную информацию обо всех данных, поступающих из экспедиции "Колдуна". Он решил, что Calit2 - самое подходящее место для этого. Он оказался прав".

Ларри Смарр - высокий, похожий на медведя мужчина, который с детским восторгом относится к проектам и идеям, которыми увлечен. У него нет формального образования в области микробиологии. Но он выбрал эту область благодаря Крейгу - и благодаря озарению, которое пришло к нему, когда он поставил астрофизику рядом с микробиологией. На первый взгляд, эти две дисциплины настолько далеки друг от друга, насколько можно себе представить: непостижимая грандиозность изучения Вселенной и непостижимая малость изучения микробиома. Но, по словам Смарра, когда он вник в проект CAMERA и узнал, чем занимаются Крейг и другие, он сделал следующее наблюдение: "Во Вселенной, возможно, 1012 галактик и сто миллиардов или около того звезд, то есть 1022 звезды. А потом я узнал, что на Земле, этой маленькой мухобойке посреди пустыни, в глуши Вселенной, существует 1030 бактерий. То есть бактерий в сто миллионов раз больше, чем звезд во Вселенной. И это просто умопомрачительно, верно? И тогда я понял, что конечными данными, которые изменят все в науке, будет биология микробов. Поэтому с тех пор я работаю в этой области".

Вскоре после звонка Крейга Ларри Смарр буквально вложил в дело свое нутро, начав многолетний проект по измерению и отслеживанию изменений в своем собственном микробиоме. Для этого он собирал образец кала каждый день и поручил JCVI и другим специалистам провести последовательность микробов. Он отслеживал данные и изменения, используя огромные вычислительные мощности, к которым он имеет доступ в Calit2. В какой-то момент самодиагностика Смарра выявила тревожные изменения в его микробиоме - раннее начало болезни Крона.

 

Болезнь, от которой он избавился, тщательно скорректировав свой рацион и образ жизни, и при этом использовал всю мощь имеющихся в его распоряжении передовых технологий для отслеживания своего прогресса. В каком-то смысле это был космический парень, обративший свой телескоп вовнутрь, чтобы не только изучить собственное созвездие триллионов бактерий, но и изменить его в свою пользу.

"В итоге у нас было более шести тысяч пользователей инфраструктуры из семидесяти с лишним стран", - говорит Смарр о проекте CAMERA. Он стал общей "водопойной ямой", доступной для всех желающих". К сожалению, в 2014 году финансирование CAMERA закончилось, и он был закрыт. "Отчасти это произошло потому, что проект был слишком успешным", - говорит Дэвид Кингсбери из Фонда Мура. "Спрос оказался больше, чем мы предполагали, - сказал он, - и мы не смогли удовлетворить его так, как этого хотели люди. У нас просто не было ресурсов для этого. Когда вы получаете грант, вы всегда беспокоитесь о том, что вы будете делать, если он провалится. А вот что мы редко делаем, так это планируем, что мы будем делать, если это действительно сработает?" К счастью, как отметил Смарр, другие создали базы данных и инструменты, подобные CAMERA: "Теперь это делают все".

 

Когда в 2007 году вышел сборник PLoS Biology, Крейг и Кен-Нет Нилсон написали обобщающую статью о нем в журнале ISME, в которой подчеркнули, как много еще не учтено. Глобальный обзор океана, отметили они, сосредоточен на "приповерхностной морской планктонной нише" и едва ли отражает огромную микробную жизнь во всем остальном море, не говоря уже о почве и воздухе. В него также не вошли очень мелкие животные и более крупные фитопланктон (эукариоты) и другие крупные микробы, а также многоклеточные бактерии. "Во многих случаях, - пишут они, - эти бактерии имеют четко определенные ниши... и нет никаких сомнений в том, что они играют определенную роль в морских экосистемах".

"Каждый из нас должен сесть за стол с данными и привнести в их анализ свои собственные интересы и знания", - заключили они. "Сейчас главное - воспользоваться моментом и двигаться вперед".

Именно это и произошло с 2007 года, когда микробиоло-ги и океанографы по всему миру стали использовать миллионы микробов, собранных и секвенированных учеными JCVI, что намного больше, чем те первые сорок один образец, взятый от Саргассовых до Галапагосских островов. В главе 8 мы расскажем о том, как много данных и анализов было собрано с момента начала проекта Sorcerer II в 2003 году, что привело к появлению тысяч статей и экспериментов, которые, безусловно, продвинули вперед науку об экологической микробиологии. В ней также будут высказаны некоторые мысли о том, как этот взрыв открытий помог нам лучше понять, как человек вписывается в планету, на которой доминируют микробы.

Это включает в себя растущее осознание того, что исторически и биологически мы не настолько контролируем нашу планету, как нам казалось, и что люди - всего лишь еще один организм, глубоко связанный и зависимый от планеты микробов, которым нет дела до нашего вида, кроме как в качестве одной из многих ниш, где мы можем обитать и работать с ресурсами - иногда симбиотически, а иногда нет. Это вновь обретенное смирение приходит даже тогда, когда мы узнаем