海洋和肠道菌群的深处揭开了微生物基因的神秘面纱

了解细菌中基因的功能，这些细菌是人体微生物组的一部分 - 我们体内发现的微生物的集合 - 很重要，因为这些基因可能解释细菌感染或宿主同居的机制，抗生素抗性或许多效应阳性否定 - 微生物组对人类健康有影响。

令人惊讶的是，大量微生物基因的功能仍然未知。这种知识差距可以被认为是微生物中的“基因组暗物质”，计算生物学和当前的实验室技术都无法解决这一差距。

现在，生物医学研究所(IRB巴塞罗那)与另外两个跨学科研究中心，即卢布尔雅那(斯洛文尼亚)的IJS和萨格勒布(克罗地亚)的RBI之间的国际合作，已经解决了这一挑战。该研究结果最近发表在微生物组研究的国际参考文献Microbiome上。该研究由计算生物学家Fran Supek领导，他是巴塞罗那IRB基因组数据科学实验室的负责人，由斯洛文尼亚和克罗地亚中心附属计算机科学家Vedrana Vidulin首创。

智能预测方法

研究人员开发了一种新的计算方法，能够同时检测数千个宏基因组，并确定可以预测许多微生物基因功能的进化信号。这种方法分析人类微生物组(例如来自肠道或皮肤)和其他宏基因组(例如来自土壤或海洋)的“大数据”是基于一种特殊的机器学习算法：它可以创建“决策树”一次预测数百种不同的功能，找到基因之间的联系，同时预测它们在微生物细胞中的作用。

“这使算法非常善于不被宏基因组数据中的噪声所迷惑，这意味着它是准确的，并且可以自信地为大量具有未知功能的基因提出生物学作用。有趣的是，它还提出了许多额外的功能。已经有一些已知角色的基因，“苏佩克说。

从这项研究中得出的最重要的发现是，人类微生物组和其他宏基因组数据的分析，例如土壤和海洋的数据，使研究人员能够分配数百种基因功能，这些基因功能已经逃避了当前的计算基因组学方法。“换句话说，宏基因组使科学家们能够看到普通基因组没有的东西，”克罗地亚研究员解释说，他最近获得了欧洲研究理事会(ERC)的资助。

多样性是关键

科学家们发现不同类型的环境可以预测不同类型的基因功能。例如，来自海洋的宏基因组可用于预测细菌用于光合作用的基因。但正如研究人员指出的那样，人体肠道中的细菌无法发现。相比之下，肠道微生物组对于预测涉及疾病发展和酒精代谢以及某些氨基酸预测的生物合成机制的关键基因非常有用，这些预测本来可能更难以使用微生物组来实现。环境。

作者得出结论，通过机器学习，大量不同的环境使我们能够了解微生物中许多不同的基因功能。“像这样的计算方法正在揭示微生物基因组中的”暗物质“ - 细菌和古细菌中的大量基因，其功能是一个谜，”苏佩克说。

生成的数千个计算预测需要在实验中进行验证。一旦经过验证，它们可能会导致新基因的发现，这些新基因可以解释细菌如何塑造我们周围的生态系统以及我们内部的生态系统 - 人类微生物组。

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