科學(xué)家發(fā)現(xiàn)多種海洋微生物，可能用于開(kāi)發(fā)新抗生素和塑料分解

在過(guò)去的20年里，科學(xué)家們從海洋中收集的微生物基因組數(shù)量大大增加，海洋可以幫助解決諸如抗菌藥物短缺、塑料污染解決方案和基因組編輯等重大挑戰(zhàn)。然而，將微生物基因組信息用于生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)一直較難。

Credit:Pixabay/CC0 Public Domain

一項(xiàng)發(fā)表于《自然》的新研究《全球海洋微生物多樣性及其生物勘探潛力》（Global marine microbial diversity and its potentialin bioprospecting）中，由中國(guó)華大基因研究中心牽頭，與山東大學(xué)、廈門大學(xué)、中國(guó)海洋大學(xué)、丹麥哥本哈根大學(xué)和英國(guó)東英吉利大學(xué)合作，研究人員分析了來(lái)自海洋樣本的近43,200個(gè)微生物(細(xì)菌、古生菌)基因組，發(fā)現(xiàn)了138個(gè)不同群體的廣泛多樣性。它們?yōu)榛蚪M大小如何演變提供了新的見(jiàn)解，例如，海洋微生物如何平衡CRISPR-Cas系統(tǒng)(其免疫防御的一部分)與抗生素抗性基因。其中許多基因被抗生素激活，以幫助微生物生存。

CRISRP-Cas系統(tǒng)和抗生素抗性基因也是細(xì)菌免疫系統(tǒng)的一部分。利用基于計(jì)算機(jī)的方法，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新的CRISPR-Cas9系統(tǒng)和10種抗菌肽，這是不同生物體免疫系統(tǒng)的另一個(gè)重要組成部分。

抗菌藥物——包括抗生素、抗病毒藥物、抗真菌藥物和抗寄生蟲(chóng)藥物——是用于預(yù)防和治療人類、動(dòng)物和植物感染的藥物。根據(jù)世界衛(wèi)生組織，過(guò)度使用某些藥物引起的耐藥性日益增強(qiáng)，威脅到對(duì)越來(lái)越多感染的有效預(yù)防和治療，因此有必要尋找新的類型。

研究小組還發(fā)現(xiàn)了三種酶，它們可以分解一種常見(jiàn)的污染海洋的塑料——聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 (PET)，這是另一個(gè)重大的環(huán)境和健康問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)證實(shí)了海洋宏基因組學(xué)的研究結(jié)果，表明其潛在的實(shí)用性。

東英吉利大學(xué)環(huán)境科學(xué)學(xué)院海洋微生物學(xué)教授托Thomas Mock表示，“這項(xiàng)工作將海洋宏基因組學(xué)領(lǐng)域提升到“新的水平”。這項(xiàng)研究突出了海洋微生物組的大規(guī)模宏基因組測(cè)序如何幫助我們了解海洋微生物多樣性及其進(jìn)化方式，并找到將這些知識(shí)應(yīng)用于生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)的新方法?！?/p>

“海洋是地球上最大和最重要的生態(tài)系統(tǒng)，海洋微生物與其環(huán)境之間的相互作用是全球范圍內(nèi)碳固定和營(yíng)養(yǎng)循環(huán)等過(guò)程的基礎(chǔ)，這些相互作用有助于地球上的宜居性。鹽度、溫度變化、光照可用性以及從表面到海底、從兩極到熱帶的壓力差異等因素，產(chǎn)生了影響海洋微生物適應(yīng)和共同進(jìn)化的獨(dú)特選擇壓力。”

“基于這些見(jiàn)解，研究人員使用從宏基因組中檢索的海洋微生物基因組庫(kù)作為基因組挖掘和生物勘探的關(guān)鍵資源，能夠發(fā)現(xiàn)新的遺傳工具和生物活性化合物?！?/p>

這些數(shù)據(jù)涵蓋了全球從極地到極地、從海面到最深的海溝等各種海洋環(huán)境，該研究通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)新的公開(kāi)可用數(shù)據(jù)庫(kù)顯著提高了人們對(duì)海洋微生物組的了解，該數(shù)據(jù)庫(kù)包括大約24,200個(gè)物種級(jí)基因組。

研究人員表示:“雖然以往的研究對(duì)海洋系統(tǒng)在維持生物多樣性方面的作用提供了初步的見(jiàn)解，但這項(xiàng)新的研究不僅建立在之前發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，而且還為可持續(xù)探索和利用海洋提供了新的機(jī)會(huì)。通過(guò)基于深度學(xué)習(xí)的海洋微生物組基因組挖掘，結(jié)合生化和生物物理實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，推進(jìn)這項(xiàng)工作顯示出應(yīng)對(duì)抗生素短缺和海洋污染等全球挑戰(zhàn)的巨大潛力。研究強(qiáng)調(diào)了海洋微生物群在改善人類福祉和促進(jìn)環(huán)境可持續(xù)性方面的關(guān)鍵作用?！?/p>

THE END
本文僅代表資訊，不代表平臺(tái)觀點(diǎn)。供參考。

編譯 | Sara

審核 | Daisy
排版 | 綠葉

參考資料略