Nove metode omogočajo sekvenciranje celotnih genomov iz samo ene celice. Zaporedje genoma omogoča boljše razumevanje evolucije, sorodnih povezav med organizmi ter funkcije različnih molekul.

Študijo je vodila dr. Tanja Woyke z Inštituta za genomiko v Kaliforniji (Joint Genome Institute). Sekvencirali so celotno DNA iz 201 posameznih celic bakterij in arhej. Izsledke študije so objavili v ugledni znanstveni reviji Nature. Raziskava pomeni velik korak proti boljšemu razumevanju evolucije na našem planetu.

Mikroorganizmi so najštevilčnejša in najbolj raznolika oblika življenja. Živijo v najrazličnejših okoljih, večine še ne znamo izolirati in gojiti v laboratoriju. Obstoja določenih vrst v naravi se zavedamo samo zaradi metagenomskih analiz. Pri metagenomskih študijah gre v bistvu za to, da sekvenciramo celotno DNA v nekem okolju, ki pripada skupini različnih mikroorganizmov, potem pa sekvenco pripišemo različnim vrstam na podlagi baz podatkov in podobnosti sekvence z že sekvenciranimi genomi. Pri tem je včasih težko med seboj ločiti zaporedja DNA, ki pripadajo različnim vrstam.

Sekvencirani genomi mikroorganizmov, ki so bili na voljo do zdaj, so vsi pripadali mikroorganizmom, ki jih znamo gojiti v laboratoriju. Ta raziskava prinaša popolnoma nov pristop k mikrobiologiji, saj do zdaj še niso sekvencirali več sto genomov na podlagi le ene celice posameznega mikroorganizma. Pri sekvenciranju genoma samo ene celice najprej znanstveniki pomnožijo celično DNA več kot milijonkrat, da dobijo dovolj materiala za delo.

Dr. Woyke in njena skupina sta izbrali zelo različne mikroorganizme in sekvencirali od 10 do 90 odstotkov njihovega genoma. Na podlagi dobljenih zaporedij so nato določili evolucijska razmerja med mikroorganizmi. Odkrili so, da nekatere konvencionalne meje med kraljestvi življenja niso tako toge, kot je veljalo do zdaj.

Tako ena izmed bakterij sintetizira purinske baze (gradniki DNA in RNA) in pri tem uporablja encime, za katere so do zdaj verjeli, da jih imajo le arheje. Za arheje, ki so jih preučevali v študiji, pa so ugotovili, da vsebujejo sigma faktorje (pomembni za začetek transkripcije RNA), ki so jih do zdaj našli le v bakterijah. Nekatere izmed bakterij tudi uporabljajo kodon UGA (zaporedje treh baz v DNA) za zapis aminokisline glicin, medtem ko skoraj vsi drugi organizmi uporabljajo ta kodon kot signal za konec prepisa RNA v protein.

Zanimivo je, da so v tem 201 genomu odkrili veliko novosti, čeprav sekvence predstavljajo zelo majhen delček vseh raznolikosti, ki se pojavljajo v naravi. Dr. Woyke in njeni sodelavci predvidevajo, da obstaja več milijonov različnih mikrobnih vrst, ki spadajo v vsaj 60 glavnih sistematskih debel, vendar pa 88 odstotkov vseh mikrobov, ki jih gojijo v laboratorijih po svetu in jih torej dobro poznamo, spada v le štiri bakterijska debla. Njihovo delo omogoča tudi boljšo klasifikacijo zaporedij DNK, ki so že v bazah podatkov in so rezultat prejšnjih metagenomskih projektov.

Predvidevajo, da bi bilo treba sekvencirati okoli 16 000 celic, da bi pokrili polovico neproučenih mikrobnih linij na svetu. Delo prikazuje moč informacij, ki jih prinaša genomska analiza posamezne celice. Hkrati pa kaže, kako veliko dela bo še treba, da bomo izpopolnili znanje o mikrobni diverziteti na Zemlji.