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新颖的研究强调了微生物的独特性

一滴海水可以包含来自世界各地的海洋微生物的广泛代表-揭示了对全球微生物组的生态,进化和生物技术潜力的新颖见解。《细胞》杂志上的新出版物报道了惊人的生物多样性程度,无视现代微生物物种的定义,阐明了宏基因组学研究面临挑战的原因,甚至可能进一步了解海洋微生物如何应对气候变化。

新颖的研究强调了微生物的独特性

Bigelow海洋科学实验室的高级研究科学家Ramunas Stepanauskas说:“这项史无前例的项目使用大数据方法从全球微生物组中读取了随机的大型基因组样本,然后我们探索该模型来回答许多类型的问题。”该论文的高级作者。“我们团队的研究结果使人们对海洋中的微生物多样性有了更深入的了解,对能源和生物合成能力有了新的认识,并为研究所有环境中的微生物提供了新颖的工具。”

该研究小组分析了超过12,000个个体微生物基因组,以建立全球海洋参考基因组热带(GORG-Tropics)数据库。令他们惊讶的是,他们分析的每个细胞在基因上都是独特的。实际上,很少有相似的物种足以被视为同一物种。

关于微生物多样性的新观点融合了地方和全球范围。该团队使用Bigelow实验室的单细胞基因组学中心的尖端技术来分析整个热带和亚热带(占世界海洋的三分之二)收集的样本,以了解全球分布模式。他们还通过阅读从一茶匙的Sargasso海水中捕获的6,000多个单个细胞的设计图,检查了当地的微生物多样性。

研究人员发现,样本中的细胞至少含有热带和亚热带海洋其他地方常见基因的五分之一。这一发现表明,洋流可以有效地混合地球上的微生物,将微生物远距离传播,从而建立多样化的社区。它还强调了单细胞基因组学以前所未有的细节研究天然微生物组的复杂性的能力。

Stepanauskas说:“就像我们将纽约市视为一个熔炉一样,海洋中的每一茶匙都是微生物熔炉。” “海洋是巨大的,令人惊奇的是每个微小的液滴如何发生复杂的生态和进化过程。”

现在,基因组技术的最新突破使科学家能够快速生成和分析大量遗传信息。GORG计划对微生物的测序数量超过了2013年之前所有研究的总和,产生了众多多样的发现。麻省理工学院教授彭尼·奇斯霍尔姆(Penny Chisholm),研究科学家保罗·贝鲁贝(Paul Berube)和研究科学家史蒂芬·比勒(Steven Biller)帮助收集了田间样品,并利用这些数据深入了解了海洋中最丰富的光合生物-原绿球菌。Stepanauskas的研究小组发现了一组蛋白菌的遗传密码中的一个惊奇之处,这是一种以前未知的光合作用能力。

“遗传信息可以使我们对生态学有很多了解,而这些可能是光合作用的有机体,以前未被发现,”前Bigelow实验室的博士后研究员Maria Pachiadaki说,他现在是Woods Hole海洋学研究所的助理科学家,也是该论文的主要作者。纸。“如果实验证实了基因的暗示,那么这就是在海洋碳研究中要考虑的重要微生物群。”

该小组还与加州大学圣地亚哥分校的吉姆·拉克莱尔(Jim La Clair)和迈克尔·伯卡特(Michael Burkart)合作,确定了可以推动新型生物技术应用的微生物。通过记录特定微生物能够产生哪些化学物质,GORG-Tropics数据库提供了路线图,以帮助其他研究人员选择针对新抗生素或抗癌药物的微生物群。

研究人员将继续挖掘GORG-Tropics数据库,以寻找未来研究中各种问题的答案。Stepanauskas认为,关于海洋的功能,研究人员如何最有效地运用基因组工具以及甚至科学家应该如何重新定义微生物物种,还有很多事情需要揭示。他们还希望将该项目扩展到海洋的其他部分,包括温带和极地地区以及深水域,这些海域中含有非常不同的微生物。

“我们通过GORG计划的主要目标之一就是为海洋微生物学研究界提供强大的资源,”毕格罗实验室生物信息学家,研究作者朱莉娅·布朗说。“我们希望科学家们能够在后续研究中使用这个数据集来回答没人想到的问题。”

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