一滴海水可以包含來自世界各地的海洋微生物的廣泛代表-揭示了對(duì)全球微生物組的生態(tài)，進(jìn)化和生物技術(shù)潛力的新穎見解?！都?xì)胞》雜志上的新出版物報(bào)道了驚人的生物多樣性程度，無視現(xiàn)代微生物物種的定義，闡明了宏基因組學(xué)研究面臨挑戰(zhàn)的原因，甚至可能進(jìn)一步了解海洋微生物如何應(yīng)對(duì)氣候變化。

Bigelow海洋科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)研究科學(xué)家Ramunas Stepanauskas說：“這項(xiàng)史無前例的項(xiàng)目使用大數(shù)據(jù)方法從全球微生物組中讀取了隨機(jī)的大型基因組樣本，然后我們探索該模型來回答許多類型的問題。”該論文的高級(jí)作者。“我們團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果使人們對(duì)海洋中的微生物多樣性有了更深入的了解，對(duì)能源和生物合成能力有了新的認(rèn)識(shí)，并為研究所有環(huán)境中的微生物提供了新穎的工具。”

該研究小組分析了超過12,000個(gè)個(gè)體微生物基因組，以建立全球海洋參考基因組熱帶(GORG-Tropics)數(shù)據(jù)庫(kù)。令他們驚訝的是，他們分析的每個(gè)細(xì)胞在基因上都是獨(dú)特的。實(shí)際上，很少有相似的物種足以被視為同一物種。

關(guān)于微生物多樣性的新觀點(diǎn)融合了地方和全球范圍。該團(tuán)隊(duì)使用Bigelow實(shí)驗(yàn)室的單細(xì)胞基因組學(xué)中心的尖端技術(shù)來分析整個(gè)熱帶和亞熱帶(占世界海洋的三分之二)收集的樣本，以了解全球分布模式。他們還通過閱讀從一茶匙的Sargasso海水中捕獲的6,000多個(gè)單個(gè)細(xì)胞的設(shè)計(jì)圖，檢查了當(dāng)?shù)氐奈⑸锒鄻有浴?/p>

研究人員發(fā)現(xiàn)，樣本中的細(xì)胞至少含有熱帶和亞熱帶海洋其他地方常見基因的五分之一。這一發(fā)現(xiàn)表明，洋流可以有效地混合地球上的微生物，將微生物遠(yuǎn)距離傳播，從而建立多樣化的社區(qū)。它還強(qiáng)調(diào)了單細(xì)胞基因組學(xué)以前所未有的細(xì)節(jié)研究天然微生物組的復(fù)雜性的能力。

Stepanauskas說：“就像我們將紐約市視為一個(gè)熔爐一樣，海洋中的每一茶匙都是微生物熔爐。” “海洋是巨大的，令人驚奇的是每個(gè)微小的液滴如何發(fā)生復(fù)雜的生態(tài)和進(jìn)化過程。”

現(xiàn)在，基因組技術(shù)的最新突破使科學(xué)家能夠快速生成和分析大量遺傳信息。GORG計(jì)劃對(duì)微生物的測(cè)序數(shù)量超過了2013年之前所有研究的總和，產(chǎn)生了眾多多樣的發(fā)現(xiàn)。麻省理工學(xué)院教授彭尼·奇斯霍爾姆(Penny Chisholm)，研究科學(xué)家保羅·貝魯貝(Paul Berube)和研究科學(xué)家史蒂芬·比勒(Steven Biller)幫助收集了田間樣品，并利用這些數(shù)據(jù)深入了解了海洋中最豐富的光合生物-原綠球菌。Stepanauskas的研究小組發(fā)現(xiàn)了一組蛋白菌的遺傳密碼中的一個(gè)驚奇之處，這是一種以前未知的光合作用能力。

“遺傳信息可以使我們對(duì)生態(tài)學(xué)有很多了解，而這些可能是光合作用的有機(jī)體，以前未被發(fā)現(xiàn)，”前Bigelow實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Maria Pachiadaki說，他現(xiàn)在是Woods Hole海洋學(xué)研究所的助理科學(xué)家，也是該論文的主要作者。紙。“如果實(shí)驗(yàn)證實(shí)了基因的暗示，那么這就是在海洋碳研究中要考慮的重要微生物群。”

該小組還與加州大學(xué)圣地亞哥分校的吉姆·拉克萊爾(Jim La Clair)和邁克爾·伯卡特(Michael Burkart)合作，確定了可以推動(dòng)新型生物技術(shù)應(yīng)用的微生物。通過記錄特定微生物能夠產(chǎn)生哪些化學(xué)物質(zhì)，GORG-Tropics數(shù)據(jù)庫(kù)提供了路線圖，以幫助其他研究人員選擇針對(duì)新抗生素或抗癌藥物的微生物群。

研究人員將繼續(xù)挖掘GORG-Tropics數(shù)據(jù)庫(kù)，以尋找未來研究中各種問題的答案。Stepanauskas認(rèn)為，關(guān)于海洋的功能，研究人員如何最有效地運(yùn)用基因組工具以及甚至科學(xué)家應(yīng)該如何重新定義微生物物種，還有很多事情需要揭示。他們還希望將該項(xiàng)目擴(kuò)展到海洋的其他部分，包括溫帶和極地地區(qū)以及深水域，這些海域中含有非常不同的微生物。

“我們通過GORG計(jì)劃的主要目標(biāo)之一就是為海洋微生物學(xué)研究界提供強(qiáng)大的資源，”畢格羅實(shí)驗(yàn)室生物信息學(xué)家，研究作者朱莉婭·布朗說。“我們希望科學(xué)家們能夠在后續(xù)研究中使用這個(gè)數(shù)據(jù)集來回答沒人想到的問題。”