Μικροβιακή Ποικιλότητα και Μεταγονιδιωµατική. Επιστήµη, Τεχνολογία και Εφαρµογές

Μικροβιακή Ποικιλότητα και Μεταγονιδιωµατική Επιστήµη, Τεχνολογία και Εφαρµογές Βασίλης Ι. Προµπονάς, Ph.D. Ερευνητικό Εργαστήριο Βιοπληροφορικής Τµήµα Βιολογικών Επιστηµών Πανεπιστήµιο Κύπρου email: vprobon@ucy.ac.cy web: http://troodos.biol.ucy.ac.cy

Σύνοψη Εισαγωγή Βασικές έννοιες Βιοποικιλότητα και Μικροβιακή ποικιλότητα Μεταγονιδιωµατική Βασικές αρχές Εφαρµογές Συµπεράσµατα και Τροφή για τη σκέψη... (Συζήτηση)

Εισαγωγή Βασικές έννοιες ΓΟΝΟΤΥΠΟΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Δυναµική Σχέση ΦΑΙΝΟΤΥΠΟΣ

Δυναµική σχέση; ΓΟΝΟΤΥΠΟΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ... Λίγος χρόνος...... ATTACGGCATATTCGGAT... ΝΕΟΣ ΓΟΝΟΤΥΠΟΣ... ATTACGGCΤTATTCGGAT...

Δυναµική σχέση; ΓΟΝΟΤΥΠΟΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ... Λίγος χρόνος...... ATTACGGCATATTCGGAT... ΕΠΙΛΟΓΗ ΝΕΟΣ ΓΟΝΟΤΥΠΟΣ... ATTACGGCΤTATTCGGAT...

... νέες µορφές ζωής... ΓΟΝΟΤΥΠΟΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Δυναµική Σχέση ΦΑΙΝΟΤΥΠΟΣ ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ

... λίγος χρόνος... Από Ζαχαρία Σκούρα @Auth 1ο Συνέδριο ΜΒΚ

Βιοποικιλότητα Η Βιοποικιλότητα ή Βιολογική Ποικιλότητα: "Η ποικιλία µεταξύ των ζωντανών οργανισµών κάθε µορφής, περιλανβάνοντας, µεταξύ άλλων χερσαία, θαλάσσια και άλλα υδάτινα οικοσυστήµατα και τα οικολογικά συµπλέγµατα των οποίων αποτελούν τµήµα: περιλαµβάνει την ποικιλοµορφία εντός των ειδών, µεταξύ των ειδών και µεταξύ οικοσυστηµάτων." Συνθήκη για τη Βιολογική Ποικιλότητα του Οργανισµού Ηνωµένων Εθνών

Η Βιοποικιλότητα είναι ωραία...

... αλλά... Μικροβιακή ποικιλότητα;;;; Τα µικρόβια µικροσκοπικοί, αόρατοι (συνήθως) µονοκύτταροι (συνήθως) οργανισµοί θεωρούµε οι περισσότεροι ότι από την εποχή της ανακάλυψής τους είναι σηµαντικοί εχθροί της ανθρωπότητας:!!!προκαλουν ΑΣΘΕΝΕΙΕΣ!!!

Μικρόβια: λίγη ιστορία Αρχαιότητα... αλλά... Απλή άγνοια

Μικρόβια: λίγη ιστορία Μεσαίωνας... αλλά... Απλή υποψία

Μικρόβια: λίγη ιστορία Vibrio cholerae Mycobacterium tuberculosis CDC/ Dr. Ray Butler; Janice Carr 19ος αιώνας ++ Ανάπτυξη τεχνικών καλλιέργειας 17ος αιώνας ++ Ανάπτυξη τεχνικών µικροσκοπίας Microscope of Robert Hooke

Σηµαντικά στοιχεία για τους µικροοργανισµούς Η ζωή στη Γη δεν είναι δυνατή χωρίς αυτούς Zουν µε ή χωρίς οξυγόνο Προσφέρουν Άζωτο στα φυτά και οξυγόνο στην ατµόσφαιρα Προσαρµόζονται σε ποικιλόµορφες περιβαλλοντικές συνθήκες Προσλαµβάνουν και αποδίδουν ενέργεια σε διάφορες µορφές

Σηµαντικά στοιχεία για τους µικροοργανισµούς Η ζωή στη Γη δεν είναι δυνατή χωρίς αυτούς Είναι αόρατοι αλλά είναι οι παλαιότεροι και πολυπληθέστεροι κάτοικοι της Γης Εκτιµάται ότι υπάρχουν περίπου 1030 µικροοργανισµοί 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 Συγκρίνετε: <1010 άνθρωποι

Σηµαντικά στοιχεία για τους µικροοργανισµούς Η ζωή στη Γη δεν είναι δυνατή χωρίς αυτούς Είναι αόρατοι αλλά είναι οι πολυπληθέστεροι κάτοικοι της Γης Αντιπροσωπεύουν το µεγαλύτερο κοµµάτι της ιστορίας της ζωής πάνω στη Γη Οι πρώτοι έµβιοι οργανισµοί ήταν µικρόβια (~4εκ χρόνια πριν)

Σηµαντικά στοιχεία για τους µικροοργανισµούς Η ζωή στη Γη δεν είναι δυνατή χωρίς αυτούς Είναι αόρατοι αλλά είναι οι παλαιότεροι και πολυπληθέστεροι κάτοικοι της Γης Αντιπροσωπεύουν το µεγαλύτερο κοµµάτι της ιστορίας της ζωής πάνω στη Γη Διατηρούν τα παγκόσµια οικοσυστήµατα

Σηµαντικά στοιχεία για τους µικροοργανισµούς Η ζωή στη Γη δεν είναι δυνατή χωρίς αυτούς Είναι αόρατοι αλλά είναι οι παλαιότεροι και πολυπληθέστεροι κάτοικοι της Γης Αντιπροσωπεύουν το µεγαλύτερο κοµµάτι της ιστορίας της ζωής πάνω στη Γη Διατηρούν τα παγκόσµια οικοσυστήµατα Αποτελούν >60% της βιοµάζας του πλανήτη

Σηµαντικά στοιχεία για τους µικροοργανισµούς Η ζωή στη Γη δεν είναι δυνατή χωρίς αυτούς Είναι αόρατοι αλλά είναι οι παλαιότεροι και πολυπληθέστεροι κάτοικοι της Γης Αντιπροσωπεύουν το µεγαλύτερο κοµµάτι της ιστορίας της ζωής πάνω στη Γη Διατηρούν τα παγκόσµια οικοσυστήµατα Αποτελούν >60% της βιοµάζας του πλανήτη... και κάτι που ίσως αρκετοί από εµάς δε γνωρίζουν...

Γνωρίζατε ότι... Το σώµα µας αποτελείται ΚΥΡΙΩΣ από µικροοργανισµούς Από την ηµέρα της γένησής µας, φυσιολογικές λειτουργίες µας εξαρτώνται από µικροοργανισµούς http://nihroadmap.nih.gov/hmp/

Μικροβιακή ποικιλότητα Διαφορετικά περιβάλλοντα ΓΟΝΟΤΥΠΟΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Δυναµική Σχέση ΦΑΙΝΟΤΥΠΟΣ ph, θερµοκρασία οξύτητα,πίεση αλατότητα, φως υγρασία, µέταλλα, παρουσία θρεπτικών,... Διαφορετικές και ετερογενείς κοινωνίες µικροβιακών πληθυσµών Συµπληρωµατικές δραστηριότητες για τη µέγιστη αξιοποίηση των διαθέσιµων κάθε φορά πόρων

Μικρόβια: νεότερη ιστορία 70's 80's 90's ως χτές Από Νίκο Κυρπίδη @JGI 1ο Συνέδριο ΜΒΚ

Η ανάγνωση/καταγραφή του συνόλου του γενετικού υλικού ενός οργανισµού και ο χαρακτηρισµός λειτουργικών γονιδίων Γονιδιωµατική: σε µια µατιά Τροποποίηση σχεδιαγράµµατος από: Fraser, Eisen and Salzberg. Nature 406, 799-803, 2000 image credit: U.S. Department of Energy Genomes to Life Program, http://doegenomestolife.org.

Το δένδρο της Ζωής Ο ορατός σε εµάς κόσµος...

Περιορισµός... Γνωρίζουµε ότι: Culturable Δεν γνωρίζουµε ~99% των µικροοργανισµών που υπάρχουν στη φύση (συµβιωτικοί??) Η καλλιέργεια στο εργαστήριο Unculturable ~99% των µικροοργανισµών που γνωρίζουµε δεν είναι καλλιεργήσιµος in vitro µε τις παρούσες µεθόδους Έλλειψη κατάλληλων θρεπτικών Τοξικότητα θρεπτικού Παρεµποδισµός ανάπτυξης από άλλα µικρόβια Απαίτηση ύπαρξης άλλων µικροβίων...

Η επανάσταση της Γονιδιωµατικής

Μικρόβια: νεότατη ιστορία Από Νίκο Κυρπίδη @JGI 1ο Συνέδριο ΜΒΚ

... και µερικοί ορισµοί Η µεταγονιδιωµατική προσαρµόζει τις τεχνικές της γονιδιωµατικής ανάλυσης για τη µελέτη (ποιοτική και ποσοτική) µικροβιακών κοινοτήτων, χωρίς να απαιτείται καλλιέργεια των προς µελέτη µικροβίων στο εργαστήριο.

... και µερικοί ορισµοί Metagenomics Μεταγονιδιωµατική Μέτα-: µε την έννοια του µεταβατικός υπερβατικός Αντιπαραβολή µε τον όρο post-genomics Μέτα-: χρονικός προσδιορισµός (µετά το γονιδίωµα)

Μεταγονιδιωµατική: σε µια µατιά

... ε, και; Η µελέτη της µικροβιακής ποικιλότητας εκτός από το καθαρά βασικό επιστηµονικό ενδιαφέρον που προφανώς έχει

... ε, και; Η µελέτη της µικροβιακής ποικιλότητας εκτός από το καθαρά βασικό επιστηµονικό ενδιαφέρον που προφανώς έχει Καλύτερη κατανόηση: - των φυσιολογικών λειτουργιών - της επίδρασης του περιβάλλοντος - της αλληλεπίδρασης Δυνατότητα: - σύγκρισης οικοσυστηµάτων - ανίχνευσης και µελέτης ειδών τα οποία δεν είναι δυνατόν να καλλιεργήσουµε στο εργαστήριο - της σύγκρισης οικοσυστηµάτων

... ε, και; Η µελέτη της µικροβιακής ποικιλότητας εκτός από το καθαρά βασικό επιστηµονικό ενδιαφέρον που προφανώς έχει Καλύτερη κατανόηση: - των φυσιολογικών λειτουργιών - της επίδρασης του περιβάλλοντος - της αλληλεπίδρασης - της σύγκρισης οικοσυστηµάτων Δυνατότητα: - σύγκρισης οικοσυστηµάτων - ανίχνευσης και µελέτης ειδών τα οποία δεν είναι δυνατόν να καλλιεργήσουµε στο εργαστήριο... έχει επιπλέον...

!!!Σηµαντικές πιθανές εφαρµογές!!!

!!!Σηµαντικές πιθανές εφαρµογές!!! Οικονοµικά συµφέρουσα, φιλική προς το περιβάλλον παραγωγή ενέργειας Ιατρική και Φαρµακευτική Εξυγίανση και αειφόρος διαχείριση του φυσικού περιβάλλοντος Γεωργία Κτηνοτροφία - Ιχθυοκαλιέργειες Βιοµηχανία τροφίµων - ποτών Διατήρηση πολιτιστικής κληρονοµιάς Βιοτεχνολογία...

ΠΑ ΡΑ ΓΩ ΓΗ ΕΝ ΕΡ ΓΕ ΙΑ Σ Παράδειγµα: Παραγωγή ενέργειας Τα βακτήρια στο έντερο του τερµίτη τον καθιστούν ικανό να είναι ένα από τα λίγα ζωντανά όντα που µπορεί να αφοµοιώσει ξύλο Η µελέτη αυτής της βακτηριακής κοινότητας αναµένεται να αποκαλύψει την απαραίτητη οµάδα ενζύµων για την αποδοτική µετατροπή φυτικής βιοµάζας σε βιοκαύσιµα

Παράδειγµα: Παραγωγή ενέργειας Από Ζαχαρία Σκούρα @Auth 1ο Συνέδριο ΜΒΚ

Παράδειγµα: Φυσικό Περιβάλλον Ανασύσταση των µεταβολικών οδών του µη-καλλιεργήσιµου βακτηρίου Accumulibacter phosphatis που σχετίζονται µε την αερόβια (a) και την αναερόβια (b) δράση του βακτηρίου σε λύµατα βιολογικού καθαρισµού ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ κ' ΑΕΙΦΟΡΙΚΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

Παράδειγµα: Υγεία The Human Gut Microbiome Project Το σώµα µας περιέχει 10πλάσιο (!!!) αριθµό µικροβιακών σε σχέση µε ανθρώπινα κύτταρα Η µικροβιακή κοινότητα του εντέρου µας εφοδιάζει µε λειτουργικές ιδιότητες που δεν απαιτείται να αναπτύξουµε οι ίδιοι (π.χ. σύνθεση συγκεκριµένων βιταµινών) Η µελέτη αυτής της βακτηριακής κοινότητας αναµένεται να δώσει αποτελεσµατικές θεραπείες σε σχετιζόµενες ασθένειες αλλά και στην καλύτερη κατανόηση της συσχέτισης της διατροφής µε την υγεία µας.

Παράδειγµα: Πολιτισµός ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΣ

Οι Γερµανοί είναι φίλοι µας...... Τελικά...

Οι Γερµανοί είναι φίλοι µας...... Τελικά... Π Α ΡΑ ΓΩ ΓΗ ΕΝ ΕΡ ΓΕ ΙΑ Σ Τα µικρόβια είναι εν δυνάµει φίλοι µας! ΓΕΩΡΓΙΑ ΥΔ ΑΤΟ ΚΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ κ' ΑΕΙΦΟΡΙΚΗ ΛΛ ΙΕΡ ΓΕ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΙΕ Σ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΣ ΙΜΑ Φ ΤΡΟ ΥΓΕΙΑ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

Οι Γερµανοί είναι φίλοι µας...... Τελικά... Τα µικρόβια είναι εν δυνάµει φίλοι µας Οφείλουµε λοιπόν να κατανοήσουµε καλύτερα: - τη βιολογία και οικολογία τους - τις αλληλεπιδράσεις τους µε το περιβάλλον τους (το οποίο συχνά είναι ο ίδιος ο άνθρωπος) - τους τρόπους µε τους οποίους µπορούµε να αξιοποιήσουµε τις ιδιότητες που έχουν αναπτύξει µέσα από τη διαδικασία της φυσικής επιλογής προς όφελος της ανθρωπότητας, µε σεβασµό προς τον άνθρωπο και το περιβάλλον

Εθνικές Πρωτοβουλίες ΑΥΣΤΡΑΛΙΑ

Εθνικές Πρωτοβουλίες ΓΕΡΜΑΝΙΑ

Εθνικές Πρωτοβουλίες ΜΕΞΙΚΟ

Εθνικές Πρωτοβουλίες ΙΑΠΩΝΙΑ

Εθνικές Πρωτοβουλίες ΗΝ. ΒΑΣΙΛΕΙΟ

... Γι' αυτό... Ενηµέρωση και εγρήγορση σε όλα τα επίπεδα: Πολιτεία Επιστηµονική κοινότητα Κοινή γνώµη Παρακολούθηση (ιδανικά διαµόρφωση) νέων τεχνολογιών Εκπαίδευση ειδικών Σύγχρονος εξοπλισµός Συνεργασία µε οµάδες του εξωτερικού Θέσπιση κατάλληλου νοµικού πλαισίου

Ευχαριστίες Διοργανωτές Δήµος Αγλαντζιάς Πανεπιστήµιο Κύπρου Ραδιοφωνικό Ίδρυµα Κύπρου Χορηγός Νέα ΣΠΕ Αγλαντζιάς Χορηγός Επικοινωνίας «Ο Φιλελεύθερος» Ελληνική Εθνική Πρωτοβουλία ΜΒΚ Δρ. Νίκος Κυρπίδης (U.S. DoE Joint Genome Institute, U.S.A.) Καθ. Χρήστος Ουζούνης (King's College London, U.K)

Ευχαριστώ πολύ για την προσοχή σας!! Μικροβιακή Ποικιλότητα και Μεταγονιδιωµατική Επιστήµη, Τεχνολογία και Εφαρµογές Βασίλης Ι. Προµπονάς, Ph.D. Ερευνητικό Εργαστήριο Βιοπληροφορικής Τµήµα Βιολογικών Επιστηµών Πανεπιστήµιο Κύπρου email: vprobon@ucy.ac.cy web: http://troodos.biol.ucy.ac.cy