Журнал The Scientist поговорил с микробиологом Уильямом Уитманом о новой системе номенклатуры для прокариот, которых невозможно культивировать.
Допустим, вы открыли новую бактерию или архей и хотите дать ей название, чтобы ее можно было классифицировать и поместить на соответствующую ветвь древа жизни. Согласно Международному комитету по систематике прокариот (ICSP), который является сообществом ученых, принимающих решения о том, как давать названия бактериям и другим прокариотам, есть несколько шагов, которые необходимо предпринять, прежде чем вы сможете присвоить ей название в соответствии с Международным кодексом номенклатуры прокариот (ICNP). Главным из этих шагов является успешное культивирование нового организма и отправка его на хранение как минимум в две отдельные коллекции, которые должны находиться в разных странах.
К сожалению, это остается невозможным для подавляющего большинства прокариотической жизни на Земле. Большинство микробиологов называют их "привередливыми организмами", то есть их требования к питанию или окружающей среде сложны или чрезвычайно специфичны, что затрудняет, если не делает невозможным, выращивание их в культуре. И если это касается обнаруженного вами микроорганизма, ему придется остаться безымянным, частью так называемой микробной темной материи планеты - пока.
В последние годы появилось несколько новых систем номенклатуры, предназначенных для "некультурных масс". Среди них - SeqCode, реестр, который использует геномные последовательности в качестве основы для номенклатурных типов (видов), а не культивированные образцы. Чтобы узнать больше о том, почему присвоение названий некультивируемым микробам планеты так важно, The Scientist побеседовал с соавтором исследования Уильямом Уитманом, микробиологом из Университета Джорджии, который в 2016 году впервые предложил, чтобы ICSP разрешил считать видами геномы бактерий и архей, которые (пока) не могут быть культивированы, а когда его предложение было отклонено, вместо этого начал работу над SeqCode.
The Scientist: Как ваши исследования в качестве микробиолога привели вас к такому интересу к систематике и номенклатуре?
Уильям Уитман: Ну, я был редактором "Руководства Берджи", энциклопедии бактерий, около 15 лет или около того. И мы часто находили организмы, которые были действительно интересны с биологической точки зрения, [для которых] номенклатура - названия - постоянно менялась, или они не были официально названы. Это казалось бессмысленным. Например, я изучаю археи, и есть группа действительно интересных организмов, являющихся симбионтами, которые не могли быть названы, потому что их нельзя было поместить в коллекции культур. Некоторые из основных групп организмов, которые осуществляют эти действительно важные геохимические преобразования, не могут быть названы по существующим правилам. Это просто все портит.
TS: Не могли бы вы рассказать немного больше об истории SeqCode и о том, с чего начался этот проект?
УУ: [В] Берджи мы стараемся иметь главу о каждом типе бактерий или архей. И я был очень разочарован тем, как было принято назвать прихотливые организмы, [которые] не могли быть помещены в коллекции культур. И вот, из-за моего интереса к Берджи, я также был членом ICSP. Идея использования генома в качестве типового материала для прихотливых организмов возникла у меня примерно в то же время, когда была разработана метагеномная технология, позволяющая получать надежные геномные последовательности из некультивируемых организмов. Таким образом, эти две цели как бы слились воедино. Теперь можно получить геном просто из изолированной ДНК.
TS:Не могли бы вы рассказать немного больше о том, что SeqCode предлагает исследователям, работающим в области микробиологии, чего не может ICNP в его нынешнем виде? Не для того, чтобы противопоставить их друг другу, а в качестве альтернативного набора стандартов.
УУ:Проблема с ICNP заключается в том, что в базовой концепции нет ничего принципиально плохого и SeqCode использует многие из тех же идей. Например, в биологической номенклатуре вы спрашивает: "Что такое вид?", а на самом деле
не существует определения ни вида, ни рода, ни семейства, ни одного из таксонов. Никто толком не знает, что это такое.
Итак, способ, которым вы фактически определяете их, состоит в том, что [говорят] вид - это группа организмов, включающая определенный тип для данного вида. В ICNP тип должен быть организмом, что вполне нормально. Но в SeqCode тип может быть геномом.
Преимущество в том, что, во-первых, вы можете иметь геном ... прихотливого организма. Второе преимущество заключается в том, что в любой ICNP, если вид организма теряется из коллекции культур, то вы не можете переименовать таксон. И это оказалось действительно большой проблемой, особенно для прихотливых организмов, потому что технология хранения организмов в культуральных коллекциях не совершенна. Например, я работал с некоторыми людьми над таксономией сульфатредуцирующих бактерий, которые являются полуприхотливыми анаэробными организмами, использующими сульфат так же, как люди используют кислород. Геномы были известны, но коллекции культур потеряли некоторые штаммы, поэтому мы не могли переклассифицировать организмы, хотя они явно относились к неправильной группе. Если рассматривать период [в] 10 лет, то ICNP имеет смысл, потому что вы можете сохранить культуры живыми в течение 10 лет. Но если вы думаете о столетиях, то этого просто не произойдет. Возможно, существуют миллионы видов; было бы слишком дорого иметь коллекции культур с миллионом видов.
Однако у вас может быть миллион геномов. На самом деле, возможно, у нас уже есть столько геномов в базах данных. Поэтому я думаю, что ICNP подходила, но технология была разработана в 1970-х годах, и для 1970-х годов это было прекрасно. Но прошло уже 50 лет, пора взрослеть.
TS:И это относится к тому времени, когда виды классифицировались на основе [хемотаксономии, процесса идентификации бактерий на основе состава клеточных компонентов], верно? Технологии продвинулись довольно далеко.
УУ:Верно, именно так.
TS:Я не понимал, что организмы на самом деле нужно поддерживать в культуре. Я думал, что дело только в том, можно ли их вообще культивировать. Это делается для того, чтобы их можно было сохранить для будущей реклассификации?
УУ:Да, они должны быть депонированы в двух международных коллекциях культур и так далее. И это означает, что они должны оставаться жизнеспособными. Поэтому обычно они хранятся в замороженном или высушенном виде. А чтобы сделать это еще более сложным, многие страны запрещают вывоз живых организмов из своих стран, например, думаю, Индия, Бразилия и Южная Африка. И это фактически означает, что около четверти микробиологов на Земле не могут депонировать [и поэтому] не могут назвать новые организмы из своих стран, потому что они не могут передавать [микробы] за пределы своей страны.
TS:Не могли бы вы немного рассказать о том, как происходит внесение новых заявок или записей в SeqCode?
УУ:Мы создаем реестр SeqCode. Многое уже сделано, но он еще не полностью функционирует. Мы ищем финансирование для его завершения. Но основная идея заключается в том, что если я провожу исследование и решаю, что хочу назвать новый вид или дать название любой новой группе организмов, я делаю две вещи. Первое - я получаю последовательность генома. Это может быть изолят или метагеном. Затем я напишу статью, которую можно отправить в журнал. И тогда я помещаю последовательность в базу данных, например, GenBank. Когда статья будет принята, я зайду в реестр, введу номер регистрации последовательности, затем введу название, которое я хочу использовать. А затем, когда будет утверждена публикация, вы введете DOI. И все.
В этом реестре будет несколько проверок, в идеале - как можно больше автоматизированных проверок. Для названия, вероятно, потребуется ручное курирование, по крайней мере, вначале, хотя мы хотели бы автоматизировать и это. Итак, идея заключается в том, что люди могут просто поместить туда свой материал, и он попадет в реестр. Они смогут искать в реестре, он будет совместим, скажем, с NCBI [Национальный центр биотехнологической информации США], чтобы имена сразу попадали в их базу данных.
TS:Я хотел спросить о дублировании с базой данных NCBI. Как вы планируете решать любые конфликты в номенклатуре или названиях между ними?
УУ:Любое имя в ICNP автоматически ... распознается SeqCode. Если возникнет конфликт - если я назову таксон в SeqCode, а кто-то назовет его в ICNP - то приоритет будет у того, кто назвал его первым, и мы будем использовать первое название. Это хорошо работает для видов; когда мы переходим к таксонам более высокого уровня, в некоторых правилах появляются различия. SeqCode использует другое правило для утверждения приоритета, скажем, семейств и порядков и более высоких таксонов. И это будет решаться путем переговоров. Я думаю, что наши правила немного более разумны, чем правила ICNP. И поэтому мы их изменили.
TS:Я знаю, что эта работа велась уже несколько лет, но теперь, когда вы опубликовали статью в Nature [Microbiology], какова была реакция других исследователей?
УУ:Вы знаете, это только что вышло. Я получил несколько писем, в которых люди писали, что им очень понравилось. Но подобных писем я получил около трех. Я не думаю, что люди действительно обратили на это внимание. . . . Мы как бы ждем продолжения.
TS:Вы упомянули, что сейчас вы ищете финансирование. Что еще ждет вас на пути к созданию реестра SeqCode?
УУ:Я думаю, самое главное - это запустить реестр и заставить его работать. Полагаю, что нам потребуется финансирование для запуска реестра. Мы изучили несколько различных источников. Я думаю, что мы сможем получить деньги из этих источников. В долгосрочной перспективе, я думаю, он действительно должен быть самоокупаемым, когда за регистрацию имен будет взиматься небольшая плата.
ICNP получает некоторые средства от публикации своего журнала. А у SeqCode не будет журнала, поэтому у него нет другого источника финансирования. Исторически сложилось так, что систематика - это не та тема, которая пользуется большим уважением со стороны NSF [Национального научного фонда США] или NIH [Национальных институтов здравоохранения США], поэтому у вас нет больших источников финансирования. До недавнего времени даже финансирование ICNP было минимальным. Примерно 10 лет назад у нее не было никакого финансирования, и она была в основном волонтерской организацией. Я думаю, что, вероятно, в долгосрочной перспективе то же самое будет справедливо и для SeqCode.
TS:Я могу представить, что это была нелегкая битва. Когда я писал о реклассификации фил в начале этого года, были исследователи, которые изучали эти организмы и даже не подозревали, что изменения [названия] находятся в разработке.
УУ:Это довольно странно, потому что в сообществе систематиков это было широко известно. И в принципе, это показывает, что людям на самом деле все равно. И есть причины, по которым это их не волнует: Потому что сама биология действительно увлекательна, какая разница, как она называется? Но название важно. То есть, я считаю, что название важно. Меня это действительно волнует, но меня это волнует, потому что я действительно считаю, что организмы просто восхитительны. Я думал об этом, и мне кажется, что вопрос "Почему название важно?" действительно фундаментальный. И я думаю, что он не так понят, как должен быть. . . . Во-первых, вы не можете создать базу данных, если у вас нет стабильной номенклатуры. И второе - типы являются основополагающими для определения имени.
Единственный способ узнать, что означает название [нового организма], - это если ваш организм включает тип или похож на тип. Например, E. coli - что это за чертова кишечная палочка? Никто не знает. Но если у вас есть организм, который похож на тип E. coli, по любым критериям, которые вы используете, то ваш организм - E. coli. И это ключевой научный момент. Так что [определение типов - это] не тривиальный вопрос.
TS:Возвращаясь к тому, как SeqCode начинался как альтернатива вашему предложению включить некультивируемые бактерии в ICNP, есть ли шанс, что это приведет к единому интегрированному коду?
УУ:По нашему плану, так и будет. По крайней мере, мы намерены, что это приведет к единому интегрированному стандарту. Изначально мы обратились в ICSB, чтобы внести изменения, и члены ICSB отклонили их. Мы хотим, чтобы это был единый код. На самом деле, [SeqCode] гораздо менее полезен, если он предназначен только для некультивируемых организмов. Лучше всего его использовать для всего. Мы хотим интегрировать, но это будет зависеть от готовности представителей ICSP позволить этому произойти.
TS:И это, конечно, произойдет не завтра.
УУ:Верно, это может произойти не скоро. Вы знаете, некоторые люди там сказали, что считают это интересным. И я думаю, что треть проголосовала за это, когда мы впервые обратились к этому и попытались получить геномы как типы. Итак, две трети проголосовали против, но некоторые люди проголосовали за.
