I Earth Microbiome Project, ett omfattande globalt team som leds av forskare vid University of California San Diego, Pacific Northwest National Laboratory, University of Chicago och Argonne National Laboratory samlade in mer än 27, 000 prover från många, olika miljöer runt om i världen. De analyserade de unika samlingarna av mikrober - mikrobiomen - som lever i varje prov för att generera den första referensdatabasen med bakterier som koloniserar planeten. Tack vare nystandardiserade protokoll, ursprungliga analysmetoder och öppen datadelning, projektet kommer att fortsätta att växa och förbättras när ny data läggs till.

Tidningen som beskriver denna ansträngning, publicerad 1 november i Natur , var medförfattare av mer än 300 forskare vid mer än 160 institutioner över hela världen.

Earth Microbiome Project grundades 2010 av Rob Knight, Doktorsexamen, professor vid UC San Diego School of Medicine och chef för Center for Microbiome Innovation vid UC San Diego; Jack Gilbert, Doktorsexamen, professor och fakultetschef för The Microbiome Center vid University of Chicago och gruppledare i mikrobiell ekologi vid Argonne National Laboratory; Rick Stevens, Doktorsexamen, biträdande laboratoriechef vid Argonne National Laboratory och professor och senior fellow vid University of Chicago; och Janet Jansson, Doktorsexamen, chefsforskare för biologi och laboratoriestipendiat vid Pacific Northwest National Laboratory. Riddare, Gilbert och Jansson är också medförfattare till Nature-tidningen och Stevens är medförfattare.

"De potentiella tillämpningarna för denna databas och de typer av forskningsfrågor vi nu kan ställa är nästan obegränsade, " sa Knight. "Här är bara ett exempel - vi kan nu identifiera vilken typ av miljö ett prov kom från i mer än 90 procent av fallen, bara genom att känna till dess mikrobiom, eller typer och relativa mängder mikrober som lever i den. Det kan vara användbar kriminalteknisk information på en brottsplats ... tänk "CSI."

Målet med Earth Microbiome Project är att prova så många av jordens mikrobiella samhällen som möjligt för att främja vetenskaplig förståelse av mikrober och deras relationer med sina miljöer, inklusive växter, djur och människor. Denna uppgift kräver hjälp av forskare från hela världen. Än så länge, projektet har sträckt sig över sju kontinenter och 43 länder, från Arktis till Antarktis, och mer än 500 forskare har bidragit till urvalet och datainsamlingen. Projektmedlemmar använder denna information som en del av cirka 100 studier, varav hälften har publicerats i fackgranskade tidskrifter.

"Mikrober finns överallt, " sa första författaren Luke Thompson, Doktorsexamen, som tog på sig rollen som projektledare medan han var postdoktor i Knight's lab och för närvarande är forskarassistent vid National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). "Men innan detta massiva åtagande, förändringar i mikrobiella samhällens sammansättning identifierades huvudsakligen genom att fokusera på en provtyp, en region i taget. Detta gjorde det svårt att identifiera mönster över miljöer och geografi för att härleda generaliserade principer."

Projektmedlemmar analyserar bakteriell mångfald mellan olika miljöer, geografier och kemi genom att sekvensera 16S rRNA-genen, en genetisk markör som är specifik för bakterier och deras släktingar, archaea. 16S rRNA-sekvenserna fungerar som "streckkoder" för att identifiera olika typer av bakterier, gör det möjligt för forskare att spåra dem över prover från hela världen. Earth Microbiome Project-forskare använde också en ny metod för att ta bort sekvenseringsfel i data, så att de kan få en mer exakt bild av antalet unika sekvenser i mikrobiomerna.

Inom denna första version av data, Earth Microbiome Project-teamet identifierade cirka 300, 000 unika mikrobiella 16S rRNA-sekvenser, varav nästan 90 procent inte har exakta matchningar i redan existerande databaser.

Redan existerande 16S rRNA-sekvenser är begränsade eftersom de inte utformades för att tillåta forskare att lägga till data på ett sätt som är användbart för framtiden. Projektets medförfattare Jon Sanders, Doktorsexamen, en postdoktor i Knight's lab, jämför skillnaden mellan dessa andra databaser och Earth Microbiome Project med skillnaden mellan en telefonbok och Facebook. "Innan, du var tvungen att skriva in för att få din sekvens listad, och listningen skulle innehålla mycket lite information om var sekvensen kom ifrån eller vilka andra sekvenser den hittades med, " sa han. "Nu, vi har ett ramverk som stöder allt det där extra sammanhanget, och som kan växa organiskt för att stödja nya typer av frågor och insikter."

"Det finns stora delar av mikrobiell mångfald kvar att katalogisera. Och ändå har vi "återfångat" ungefär hälften av alla kända bakteriesekvenser, ", sa Gilbert. "Med denna information, mönster i distributionen av jordens mikrober växer redan fram."

Enligt Gilbert, en av de mest överraskande observationerna är att unika 16S -sekvenser är mycket mer specifika för enskilda miljöer än de typiska enheterna av arter som används av forskare. Mångfalden av miljöer som tagits fram av Earth Microbiome Project hjälper till att visa hur mycket den lokala miljön formar mikrobiomen. Till exempel, hudmikrobiomerna för valar (valar och delfiner) och fisk liknar varandra mer än de är för vattnet de simmar i; omvänt, saltet i saltvattenmikrobiomer gör att de skiljer sig från sötvatten, men de är ändå mer lika varandra än huden på vattenlevande djur. Övergripande, mikrobiomerna i en värd, som en människa eller ett djur, var ganska olika från fritt levande mikrobiomer, som de som finns i vatten och jord. Till exempel, de fritt levande mikrobiomerna var mycket mer mångsidiga, i allmänhet, än värdassocierade mikrobiomer.

"Dessa globala ekologiska mönster ger bara en glimt av vad som är möjligt med koordinerad och kumulativ provtagning, "Jansson sa. "Mer provtagning behövs för att ta hänsyn till faktorer som latitud och höjd, och för att spåra miljöförändringar över tid. Earth Microbiome Project tillhandahåller både en resurs för att utforska otaliga frågor, och en utgångspunkt för det guidade förvärvet av ny data för att besvara dem."