在地球微生物組計(jì)劃中，由加州大學(xué)圣地亞哥分校，太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室，芝加哥大學(xué)和阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員共同領(lǐng)導(dǎo)的廣泛的全球團(tuán)隊(duì)從全球眾多不同的環(huán)境中收集了27,000多個樣本。他們分析了生活在每個樣本中的微生物的獨(dú)特集合 - 生成第一個細(xì)菌定居行星的參考數(shù)據(jù)庫。由于新標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，原始分析方法和開放數(shù)據(jù)共享，隨著新數(shù)據(jù)的增加，項(xiàng)目將繼續(xù)增長和改進(jìn)。描述這一努力的論文于11月1日在“自然”雜志上發(fā)表，由全球160多家機(jī)構(gòu)的300多名研究人員共同撰寫。

地球微生物組計(jì)劃由加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院教授，??加州大學(xué)圣地亞哥分校微生物群創(chuàng)新中心主任Rob Knight博士于2010年創(chuàng)立。Jack Gilbert博士，芝加哥大學(xué)微生物中心教授兼教授，阿貢國家實(shí)驗(yàn)室微生物生態(tài)學(xué)組組長;Rick Stevens博士，阿貢國家實(shí)驗(yàn)室副實(shí)驗(yàn)室主任，芝加哥大學(xué)教授兼高級研究員;和Janet Jansson博士，太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室生物學(xué)和實(shí)驗(yàn)室研究員，首席科學(xué)家。Knight，Gilbert和Jansson也是Nature論文的共同高級作者，Stevens是他的合著者。

“這個數(shù)據(jù)庫的潛在應(yīng)用和我們現(xiàn)在可以提出的研究問題類型幾乎是無限的，”奈特說。“這只是一個例子 - 我們現(xiàn)在可以通過了解其微生物組，或者生活在其中的微生物的類型和相對數(shù)量來確定樣本來自90%以上的樣本環(huán)境。這可能是有用的法醫(yī)信息在犯罪現(xiàn)場......想想'CSI。'“

地球微生物組計(jì)劃的目標(biāo)是盡可能多地采集地球上的微生物群落，以促進(jìn)對微生物及其與環(huán)境(包括植物，動物和人類)的關(guān)系的科學(xué)認(rèn)識。這項(xiàng)任務(wù)需要全球科學(xué)家的幫助。到目前為止，該項(xiàng)目已跨越七大洲和43個國家，從北極到南極，500多名研究人員為樣本和數(shù)據(jù)收集做出了貢獻(xiàn)。項(xiàng)目成員將此信息用作大約100項(xiàng)研究的一部分，其中一半已在同行評審的期刊上發(fā)表。

“微生物無處不在，”第一作者Luke Thompson博士說，他是Knight實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，現(xiàn)任國家海洋和大氣管理局(NOAA)的研究員，擔(dān)任項(xiàng)目經(jīng)理。“然而，在這項(xiàng)大規(guī)模的工作之前，微生物群落組成的變化主要是通過一次關(guān)注一種樣本類型，一次一個區(qū)域來確定的。這使得難以識別不同環(huán)境和地理的模式來推斷廣義原則。”

項(xiàng)目成員通過對16S rRNA基因進(jìn)行測序來分析各種環(huán)境，地理位置和化學(xué)物質(zhì)中的細(xì)菌多樣性，16S rRNA基因是細(xì)菌及其親屬古細(xì)菌的特異性遺傳標(biāo)記。16S rRNA序列作為“條形碼”識別不同類型的細(xì)菌，使研究人員能夠在世界各地的樣本中跟蹤它們。Earth Microbiome Project的研究人員還使用了一種新方法來消除數(shù)據(jù)中的測序錯誤，使他們能夠更準(zhǔn)確地了解微生物組中獨(dú)特序列的數(shù)量。

在第一批數(shù)據(jù)中，地球微生物組項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)確定了大約300,000個獨(dú)特的微生物16S rRNA序列，其中近90%在預(yù)先存在的數(shù)據(jù)庫中沒有完全匹配。

預(yù)先存在的16S rRNA序列是有限的，因?yàn)樗鼈兊脑O(shè)計(jì)不允許研究人員以對未來有用的方式添加數(shù)據(jù)。項(xiàng)目共同作者，奈特實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Jon Sanders博士將這些其他數(shù)據(jù)庫和地球微生物項(xiàng)目之間的差異與電話簿和Facebook之間的差異進(jìn)行了比較。“在此之前，你必須寫下來才能列出你的序列，而且列表中很少包含序列來自何處或者發(fā)現(xiàn)其他序列的信息，”他說。“現(xiàn)在，我們有一個支持所有其他背景的框架，它可以有機(jī)地發(fā)展，以支持新的問題和見解。”

吉爾伯特說：“目前已有大量的微生物多樣性留下目錄。然而，我們已經(jīng)'重新捕獲'了大約一半的已知細(xì)菌序列。”“有了這些信息，地球微生物分布的模式已經(jīng)出現(xiàn)。”

根據(jù)吉爾伯特的觀點(diǎn)，最令人驚訝的觀察之一是獨(dú)特的16S序列對個體環(huán)境的特異性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過科學(xué)家使用的典型物種單位。地球微生物組項(xiàng)目采樣的環(huán)境多樣性有助于證明微生物組的局部環(huán)境有多大。例如，鯨類(鯨魚和海豚)和魚類的皮膚微生物組彼此更相似，而不是它們游泳的水;相反，鹽水微生物組中的鹽使它們與淡水區(qū)別開來，但它們?nèi)匀槐人鷦游锲つw更相似?？傮w而言，宿主(例如人或動物)的微生物組與自由生活的微生物組完全不同，例如在水和土壤中發(fā)現(xiàn)的微生物組。例如，自由生活的微生物組通常比宿主相關(guān)的微生物組更加多樣化。

“這些全球生態(tài)模式只是對協(xié)調(diào)和累積抽樣的可能性的一瞥，”Jansson說。“需要更多的抽樣來考慮緯度和海拔等因素，并跟蹤環(huán)境隨時間的變化。地球微生物群項(xiàng)目既提供了探索無數(shù)問題的資源，也是引導(dǎo)獲取新數(shù)據(jù)的起點(diǎn)?；卮鹚麄?。”