Den 3. åpne konferansen om funksjonell metagenomikk

Innledning

Funksjonell metagenomikk representerer et banebrytende felt innen mikrobiologi, der forskere utforsker genetisk materiale fra miljøprøver for å oppdage nye enzymer, bioaktive forbindelser og resistensgener. Den 3. åpne konferansen arrangert av Functional Metagenomics International ble avholdt i Trondheim, Norge, fra 16. til 19. juni 2019. Konferansen samlet nesten 100 delegater fra akademia og bioteknologiindustrien, med fokus på anvendelser i medisin, miljø og landbruk. Arrangementet ble organisert av NTNU, SINTEF og EU-prosjektet MetaFluidics, og inkluderte 37 foredrag og 38 postere som dekket temaer fra hav til ørkener. For mer detaljert innsikt, se GigaScience Journals oppsummering.

Bakgrunn for funksjonell metagenomikk

Funksjonell metagenomikk går utover tradisjonell sekvensering ved å fokusere på genenes funksjoner, som muliggjør oppdagelse av nye antibiotika og enzymer uten å dyrke mikrober. Dette feltet har vokst siden 1980-tallet og har betydelige implikasjoner for antibiotikaresistens og legemiddelutvikling. Konferansen bygget på tidligere møter i serien, som startet i 2011, og adresserte utfordringer som bioprospektering under Nagoya-protokollen. Den understreket også viktigheten av internasjonalt samarbeid for å håndtere globale helseutfordringer som resistens mot antimikrobielle midler.

Konferansens program og nøkkelsesjoner

Programmet var strukturert rundt flere sesjoner som utforsket mangfoldet i mikrobielle samfunn:

• Filogenetiske og funksjonelle undersøkelser av naturlige miljøer: Diskusjoner om miljøer som Namib-ørkenen, Stillehavet, myke sedimenter og Seychellene-lagunen, inkludert bruk av zoo-kompost for å identifisere nye gener. Sesjonen ble ledet av Trevor Charles fra University of Waterloo, Canada, og inkluderte bidrag fra erfarne forskere og PhD-studenter.
• Anvendelser av funksjonell metagenomikk: Fokus på antibiotikaresistens i avløpsvann og presisjonslandbruk for bærekraftig matproduksjon. Ledet av Mark Liles fra Auburn University, USA, med foredrag fra Dominik Schneider (University of Göttingen, Tyskland) om resistensgener i avløpsvann, Tonje Marita Bjerkan Heggeset (SINTEF, Norge) om forebygging av tre-nedbrytning, Evodia Setati (Stellenbosch University, Sør-Afrika) om soppmikrobiom i vinproduksjon, og Trevor Charles om anvendelser i presisjonslandbruk og akvaponikk.
• Bioinformatikk for metagenomikk: Fremheving av Oxford Nanopore-sekvensering som et verktøy for å generere store genkataloger med over 177 millioner unike gener. Sesjonen ble ledet av Alexander Wentzel, med bidrag fra Paul Scholz (BRAIN AG, Tyskland) om digitalisering av metagenomikk for nye proteiner, inkludert PETaser fra avløpsvann, og Intikhab Alam (KAUST, Saudi-Arabia) om re-analyse av shotgun-metagenomikk-data.
• Oppdagelse av bioaktive forbindelser: Identifisering av over 700 biosyntetiske genklustre i jord, med potensial for nye cytotoksiske polyketider fra marine svamper. Ledet av Marla Trindade (University of Western Cape, Sør-Afrika), med foredrag fra Mark Liles om å unngå PCR-bias for nye fyla og BGC-er, Victor Carrion (Leiden University, Nederland) om BGC-er i sykdomsundertrykkende jorder, Jeremy Owen (Victoria University of Wellington, New Zealand) om cytotoksiske polyketid-baner i marine svamper, Alexander Wentzel om verktøy for BGC-oppdagelse, og Ana Delgado (University of Oslo, Norge) om bioprospekteringsutfordringer under Nagoya-protokollen.
• Enzymoppdagelse: Presentasjoner om rhodopsiner og hydrolaser, med applikasjoner i biokatalyse og plastnedbrytning. Inkluderte Peter Stougaard (Aarhus University, Danmark) om hypotetiske proteiner, industribidrag fra Bernd Striberny (ArticZymes, Norge), Katharina Neufeld (Johnson Matthey, UK), David Mead (Varigen Biosciences, USA), og Oded Beja (Israel Institute of Technology, Israel) med Alina Pushkarev om type-3 rhodopsiner, som indikerer utbredt lysfølsomhet på tvers av domener og virus.
• MetaFluidics-sesjon: Utvikling av mikrofluidikk for høyhastighetsscreening av millioner av kloner for å finne kulderesistente gener og glykan-interaksjoner i tarmmikrobiomet. Ledet av Aurelio Hidalgo (UAM-CSIC, Spania), med bidrag fra Florian Hollfelder (University of Cambridge, UK) om screening av millioner av varianter, Patricia de Francisco (Centro de Astrobiologia, Spania) om kulderesistente gener fra rhizosfæremikrobiomer, Michael Roggenbuck (Novozymes, Danmark) om hydrolaser fra fekale prøver, Gabrielle Potocki-Veronese (INSA, Frankrike) om glykan-interaksjoner i pattedyrtarmer, og Che Fai Alex Wong (NTNU, Norge) om titrerbare cellelysesystemer.

Nøkkelforedrag og høydepunkter

Åpningstalen av Edward DeLong fra University of Hawaii utforsket evolusjonen av metagenomikk i havet, fra kulturuavhengige metoder til nanopore-data. Andre høydepunkter inkluderte:

1. Jörn Kalinowski fra Bielefeld University, som spådde at Nanopore-teknologi kunne erstatte Illumina på grunn av lavere feilrater, og uttalte: «the next generation of the Nanopore will make Illumina unnecessary».
2. Mark Liles fra Auburn University, som presenterte direkte kloning for å unngå PCR-bias i oppdagelse av nye biosyntetiske genklustre.
3. Florian Hollfelder fra University of Cambridge, som demonstrerte screening av millioner av varianter for enzymutvikling.

Posterpriser gikk til bidrag om hydrolytiske enzymer og mikrobielle rhodopsiner: Tredjeplass til Alina Pushkarev for «Let there be light project: A distinct abundant group of microbial rhodopsins discovered using functional metagenomics»; andreplass til Miguel Tovar for «Mining the treasures of microbial diversity with droplet microfluidics»; og førsteplass (1000 euro, sponset av Prozomics) til Jennifer Chow for «New paths leading to industrially relevant hydrolytic enzymes». Konferansen ble oppsummert av Trevor Charles, som annonserte neste møte i 2021 i Øst-Canada.

Medisinske implikasjoner og fremtidige perspektiver

Konferansen understreket funksjonell metagenomikks rolle i å bekjempe antibiotikaresistens, et globalt helseproblem. Oppdagelse av resistensgener i avløpsvann kan forbedre overvåking og forebygging av infeksjoner. Bioaktive forbindelser fra mikrobiomer, som polyketider, tilbyr potensial for nye legemidler mot kreft og infeksjoner. I tillegg kan studier av tarmglykaner bidra til bedre forståelse av mikrobiomets innvirkning på immunsystemet og sykdommer som inflammatorisk tarmsykdom. Fremskritt i enzymoppdagelse, som PETaser for plastnedbrytning, har også implikasjoner for miljøhelse, som indirekte påvirker menneskelig velvære. Utfordringer med bioprospektering under Nagoya-protokollen ble diskutert, inkludert dårlig implementering som fører til restriksjoner på prøvetaking og potensielt hindrer utnyttelse av mikrobielle ressurser.

Konklusjon

Den 3. åpne konferansen om funksjonell metagenomikk i Trondheim markerte et viktig steg i integreringen av bioinformatikk, mikrofluidikk og miljøforskning for medisinske fremskritt. Ved å fremme samarbeid mellom forskere og industri, bidrar slike møter til bærekraftige løsninger for helseutfordringer. Fremtidige konferanser, som den planlagte i 2021, vil bygge på dette for å akselerere oppdagelser i mikrobiell bioteknologi. For mer om MetaFluidics-prosjektet, besøk deres offisielle side.