Wat zit er in een naam? Voor micro-organismen blijkbaar veel.

Prokaryoten zijn eencellige micro-organismen - bacteriën zijn een voorbeeld - die over de hele wereld overvloedig voorkomen. Ze komen voor in de oceanen, in de bodem, in extreme omgevingen zoals warmwaterbronnen en zelfs naast en in andere organismen, waaronder mensen.

Kortom, ze zijn overal, en wetenschappers over de hele wereld werken eraan om ze te categoriseren en erover te communiceren. Maar hier is het probleem:de meeste hebben geen naam.

Minder dan 0,2% van de bekende prokaryoten heeft een formele naam gekregen omdat de huidige regelgeving - beschreven in de International Code of Nomenclature of Prokaryotes (ICNP) - vereist dat nieuwe soorten in een laboratorium worden gekweekt en vrij worden verspreid als zuivere en levensvatbare culturen in collecties. Om het een naam te geven, moet je in wezen meerdere fysieke exemplaren hebben om het te bewijzen.

In een artikel gepubliceerd op 19 september in het tijdschrift Nature Microbiology , presenteert een team van wetenschappers een nieuw systeem, de SeqCode, en een bijbehorend registratieportaal dat microbiologen zou kunnen helpen om het enorme aantal geïdentificeerde nog niet-gecultiveerde prokaryoten effectief te categoriseren en erover te communiceren.

"Ons doel is om veld- en laboratoriumstudies in microbiologie te verenigen en te reageren op significante recente ontwikkelingen in milieugenomica door een pad te bieden om de meerderheid van de geïdentificeerde maar niet nader genoemde prokaryoten formeel te noemen", zegt UNLV-microbioloog Brian Hedlund, hoofdauteur van de paper en key medewerker aan de ontwikkeling van de SeqCode. "De SeqCode moet de gemeenschap dienen door hoge genoomkwaliteitsnormen, goede naamgevingspraktijken en een goed geordende database te promoten."

De SeqCode maken

Bijna 850 wetenschappers uit meerdere disciplines uit meer dan 40 landen namen in 2021 deel aan een reeks door NSF gefinancierde online workshops om de nieuwe SeqCode te ontwikkelen, die genoomsequentiegegevens voor zowel gecultiveerde als niet-gecultiveerde prokaryoten gebruikt als basis voor de naamgeving.

Sinds de jaren 2000 hebben wetenschappers die prokaryoten in omgevingen over de hele wereld bestuderen, omgevingsgenomics-technieken gebruikt om ze te bemonsteren en te bestuderen, en honderdduizenden genoomsequenties zijn beschikbaar in openbare databases. De gemeenschap die deelnam aan de workshops, die werden georganiseerd door Hedlund en collega Anna-Louise Reysenbach van de Portland State University, steunde overweldigend de ontwikkeling van een alternatief voor de ICNP dat DNA-sequentiegegevens zou accepteren en uiteindelijk de middelen voor onderzoekers zou verbeteren.

"De sleutelelementen zijn aanwezig voor een ordelijke uitbreiding van prokaryotische systematiek naar de hele prokaryotische levensboom", zegt William B. Whitman, corresponderende auteur van SeqCode en microbioloog van de Universiteit van Georgia. "Deze uitbreiding zal het onderzoek en de bredere gemeenschap dienen door een gemeenschappelijke taal te bieden voor alle prokaryoten die systematisch wordt georganiseerd en ondersteund door gegevensrijke genomische datasets en bijbehorende metadata."

Om in aanmerking te komen voor opname in de SeqCode, moeten genomen voldoen aan strenge wetenschappelijke normen om kwaliteit, stabiliteit en het delen van open gegevens te waarborgen. En hoewel het nog niet algemeen aanvaard is, sluit de SeqCode fundamenteel aan bij gevestigde internationale principes voor het benoemen van andere organismen, waaronder planten en dieren.

"Elk organisme met een genoomsequentie van hoge kwaliteit - van een zuivere cultuur of niet - kan onder de SeqCode worden genoemd", zei Hedlund. "We zullen ook automatisch alle namen accepteren die onder de ICNP zijn gevormd. Ik verwacht dat in de loop van de tijd de SeqCode veel vaker zal worden gebruikt dan de ICNP."

Helderheid scheppen in chaos

Een van de belangrijkste doelen van het nieuwe systeem, zo stellen de auteurs, is het ombuigen van een trend in het veld waarin "niet-gereguleerde" namen uit noodzaak in de literatuur worden gebruikt. Dit kan leiden tot fouten die de kans op latere hernoeming vergroten, waardoor het voor wetenschappers moeilijk wordt om gegevens te beoordelen en te vergelijken en om effectief te communiceren. Omgekeerd beweren auteurs dat de SeqCode "principes van vindbaarheid, toegankelijkheid, interoperabiliteit en herbruikbaarheid omvat".

Hedlund noemde Chlamydia en verwante organismen als voorbeeld. Omdat deze organismen niet als pure culturen kunnen worden gekweekt, opgeslagen of gedistribueerd, kunnen ze momenteel geen officiële naam krijgen.

"Het kan voor clinici behoorlijk verwarrend zijn om geen geldige namen te hebben voor nieuw ontdekte chlamydia", zegt Hedlund. "Er bestaat een risico dat die namen slecht worden gecatalogiseerd, wat het volgen van ziekte-uitbraken en communicatie tussen wetenschappers, artsen en het publiek zou kunnen verstikken."

Controverse overwinnen

Ondanks het beoogde doel om duidelijkheid en synergie te creëren met geaccepteerde standaarden voor naamgeving, is de verhuizing niet zonder controverse.

De SeqCode volgt op een eerdere poging van wetenschappers om de ICNP te wijzigen zodat niet-gecultiveerde prokaryoten een naam kunnen krijgen op basis van een DNA-sequentie die zou dienen als bewijs (of 'type') voor het organisme - in tegenstelling tot de ICNP-regels die nu vereisen dat een cultuur in twee permanente collecties.

In 2020 publiceerde een team onder leiding van Desert Research Institute-bioloog Alison Murray een paper, ook in Nature Microbiology , dat mede werd geschreven of goedgekeurd door bijna 120 wetenschappers uit 22 landen die opriepen tot actie met betrekking tot de voorgestelde wijzigingen van de ICNP om DNA-sequenties als typen te accepteren of een alternatieve route te volgen. De voorgestelde wijzigingen werden echter verworpen door het International Committee on Systematics of Prokaryotes, de groep die verantwoordelijk is voor het regelen van de naamgeving van prokaryoten.

"Het is duidelijk dat de wereldwijde gemeenschap van wetenschappers klaar is voor een paradigmaverandering in hoe we prokaryoten noemen - om de reikwijdte van het prokaryotische leven te omvatten," zei Murray. "Moderne genoomtechnologieën kunnen genomen van niet-gecultiveerde organismen oplossen met de hoge mate van precisie die nodig is om de integriteit te waarborgen en stabiliteit te bieden aan het veld van de microbiologie. Het benoemen van deze taxa is de manier om hun bestaan, hun evolutionaire geschiedenis te communiceren en hun fysiologische capaciteiten te voorspellen."

De tegenslag van 2020 leidde tot een verdubbeling van de inspanningen van het groeiende kader van wetenschappers en uiteindelijk tot de "alternatieve route" die leidde tot de vorming van de SeqCode.

"Veel mensen kwamen naar de tafel om hun perspectieven, hun energie en hun vaardigheden te delen om het te laten gebeuren", zei Hedlund. "De respons op onze workshops van wetenschappers over de hele wereld was ongelooflijk en hielp valideren waarom het tijd is om formeel een verandering aan te brengen in de manier waarop prokaryoten worden genoemd."

Er bestaat nog steeds spanning onder sommige wetenschappers, die beweren dat er minder bekend is over niet-gecultiveerde prokaryoten dan die welke in een laboratorium kunnen worden gekweekt en gemanipuleerd als zuivere culturen. Bovendien kunnen nuances in het verwerken en interpreteren van DNA-sequentiegegevens mogelijk leiden tot verkeerde conclusies, een punt dat Hedlund beweert ook waar te zijn voor studies van zuivere culturen.

De auteurs zeggen dat dit nieuwe systeem niet bedoeld is om de traditionele teelt van prokaryoten te ontmoedigen, maar in plaats daarvan is ontworpen door de wetenschappelijke gemeenschap om de communicatie tussen de microbiële wetenschappen te verbeteren.

"We zien deze 'SeqCode v.1.0' als een noodzakelijke eerste stap naar een uniform systeem van nomenclatuur om de volledige diversiteit van prokaryoten te communiceren en we zullen samenwerken met de gemeenschap om deze visie te realiseren", schrijven de auteurs.

Het artikel "SeqCode:een nomenclatuurcode voor prokaryoten beschreven uit sequentiegegevens" werd op 19 september gepubliceerd in het tijdschrift Nature Microbiology . + Verder verkennen

Wetenschappers stellen nieuw naamgevingssysteem voor niet-gecultiveerde bacteriën en archaea voor