Vědci objevili ve výkalech tibetských zvířat více než tisíc nových druhů mikroorganismů, které jsou schopné štěpit celulózu a snižovat emise metanu.

Nová tajná zbraň Číny v závodě biotechnologií: výkaly tibetských zvířat s nedávno objevenými mikroby. Na ledových pláních Tibetu-Qinghai , rozsáhlém území známém jako „ Třetí pól “, objevila skupina čínských vědců biologický zdroj, který je stejně nečekaný jako cenný: mikrobiom skrytý ve výkalech místních býložravých zvířat.

To, co se na první pohled jeví jako nevýznamný zbytek, se ukázalo být skutečným ekosystémem, hemžícím se neznámými mikroorganismy, z nichž mnohé mají funkce schopné transformovat klíčová odvětví, jako jsou biotechnologie, zemědělství a zmírňování dopadů klimatických změn. Skupina identifikovala bakterie schopné účinně rozkládat celulózu – proces, který má zásadní význam pro papírenský a textilní průmysl – a také kmeny, které vykazují slibnou schopnost snižovat emise metanu z chovu hospodářských zvířat – jednoho z hlavních zdrojů skleníkových plynů.

K tomu je třeba přidat objev nových genetických sekvencí, které mohou být použity k vývoji nových nástrojů pro úpravu genů, antimikrobiálních peptidů a biotechnologických sloučenin nové generace. V podmínkách sílící globální konkurence v oblasti inovací v syntetické biologii je tento skrytý zdroj mikrobiální biodiverzity čínskou vědeckou komunitou považován za strategický aktivum.

Bezprecedentní mapa mikrobiomu.

Výzkum provedený v rámci druhé vědecké expedice do Tibetu se stal důležitým milníkem. Vědci z Yunnan University a BGI-Research za pět let shromáždili více než 5000 vzorků čerstvých exkrementů šesti významných býložravých zvířat: jaků, tibetských ovcí, antilop, krav, koní a kianů. Z prvních 1412 analyzovaných vzorků bylo přibližně 88 % druhů mikroorganismů zcela neznámých. To je ohromující procento i pro regiony s obrovskou biologickou rozmanitostí, což potvrzuje ekologickou jedinečnost „třetího pólu“.

Vedoucí výzkumník Zhang Zhigang zdůrazňuje strategický význam této rozmanitosti: ten, kdo dokáže charakterizovat a patentovat tyto funkce, se může stát lídrem nové generace průmyslových enzymů a nástrojů molekulární biologie . A to není přehánění. Globální technologie, jako je CRISPR-Cas, vznikly právě v důsledku výzkumu extremofilních mikroorganismů. Hledání stabilnějších, přesnějších nebo aktivnějších variant je prioritou pro všechny laboratoře genetického inženýrství.

Enzymy pro svět s menším množstvím odpadu.

Počáteční výzkumy ukázaly, že mnoho z těchto živočichů, přizpůsobených extrémním podmínkám s řídkým porostem a chudými živinami, je nositeli vysoce specializovaných bakterií pro rozklad celulózy . Tyto enzymy mohou zlepšit procesy výroby recyklovaného papíru, výroby rostlinných tkanin a dokonce připravit cestu pro biopaliva druhé generace, ve kterých se celulóza přeměňuje na fermentovatelné cukry. Jedná se o oblast, kde je důležitý každý pokrok, protože průmysl hledá alternativy, které mu umožní snížit spotřebu energie a množství odpadu. Výzkumník Li Xiaoping (BGI-Research) vysvětluje, že skupina již provádí testy, aby zjistila, které enzymy jsou zodpovědné za tento rozklad a jak se chovají mimo střeva býložravých zvířat. Tento typ testování je rozhodující pro jejich budoucí použití v průmyslových bioprocesech.

Potenciální spojenec v boji proti metanu v živočišné výrobě.

Živočišná výroba je zodpovědná za značnou část globálních emisí metanu. Některé druhy zvířat, například jak, však produkují mnohem méně metanu než tradiční skot. Po dlouhá léta se předpokládalo, že klíč k tomu spočívá v jejich mikrobiomu, ale přímé důkazy pro to neexistovaly. V průběhu výzkumu se podařilo izolovat dvě dosud nepopsané bakterie, které v průběhu fermentačních experimentů s obsahem žaludků krav snížily emise metanu ve srovnání s kontrolní skupinou.

Nyní vědci plánují provést testy in vivo , které jsou nejnáročnější, ale také nejdůležitější fází, protože mohou otevřít cestu k vytvoření probiotických doplňků, které přirozeně snižují emise z chovu hospodářských zvířat, aniž by ovlivňovaly jejich produktivitu. Toto minimálně invazivní řešení může mít obrovský účinek při použití v extenzivních systémech chovu hospodářských zvířat.

Vědecký zdroj, který může změnit pohled na biotechnologii.

Kromě přímého použití má tento „mikrobiální katalog“ obrovskou hodnotu: umožňuje nám pochopit, jak se biologické systémy přizpůsobují extrémním klimatickým podmínkám, kolísání hladiny kyslíku a nekvalitnímu rostlinnému krmivu. Tyto modely adaptace obsahují důležité informace pro rozvíjející se odvětví, jako jsou:

• Nové antimikrobiální peptidy získané z bakterií v extrémních podmínkách.
• Biologicky aktivní sloučeniny užitečné v regenerativním zemědělství.
• Enzymy odolné vůči chladu a radiaci , které jsou žádané v bioprocesech a medicíně.

A především potenciál objevu nových systémů CRISPR , které jsou kompaktnější a specifičtější než ty stávající. Jedná se o rychle se rozvíjející oblast, ve které každý nový protein může otevřít nové technologické směry.

Potenciál

Mikrokosmos objevený na tibetské náhorní plošině ukazuje, že odlehlé ekosystémy mohou poskytnout nečekané odpovědi na globální výzvy. Při zodpovědném přístupu k rozvoji může tato oblast výzkumu:

Snížení dopadu živočišné výroby na klima je jednou z nejnaléhavějších úkolů.

Přispět ke zvýšení efektivity výrobních řetězců díky použití enzymů, které nahrazují procesy znečišťující životní prostředí. Přispět k vývoji nových genetických nástrojů nezbytných pro zlepšení zemědělských plodin a vytvoření přesných léčebných metod. Podporovat inovativní modely, které zohledňují mikrobiální biologickou rozmanitost a přispívají k otevřenému výzkumu. V konečném důsledku je to připomínka toho, že udržitelný rozvoj závisí také na hledání na nečekaných místech. Někdy dokonce tam, kde se nám hledat nejméně chce.