Science子刊：评估已知和未知的微生物空间

美国能源部联合基因组研究所（DOE Joint genome Institute）的研究人员利用过去三十年中产生的公开基因组序列数据，进行了一项分析，评估了我们所知道的微生物多样性的比例，并提出了一条管理和培养未知微生物的前进道路。

　　

美国能源部（DOE）联合基因组研究所（JGI）的研究人员对微生物基因组生物多样性的现状进行了评估，该研究所是位于伯克利实验室的美国能源部科学用户设施办公室。利用过去三十年中产生的公开可用的基因组序列数据，他们的研究评估了我们所知道的微生物多样性的比例，并提出了一条前进的道路，以管理和培养仍然未知的微生物。

“我们深入研究了180多万个细菌和古细菌的基因组，看看我们实际捕获了多少多样性，”共同第一作者、JGI微生物组数据科学小组功能注释团队成员Dongying Wu说。“事实证明，尽管我们已经对所有基因组进行了测序，但我们只触及了表面。”

该研究的第一作者之一Rekha Seshadri补充说，这项研究为复兴动手微生物学和实验验证的艺术敲响了警钟。

微生物控制着世界，在调节全球营养循环中发挥着关键作用。从了解微生物、宿主及其环境之间的相互作用中获得的信息可以应用于多个研究领域，包括农业、生物燃料和生物制品以及医学。Wu, Seshadri， Nikos Kyrpides和Natalia Ivanova组成的团队通过30年的测序数据，对公开的细菌和古细菌序列进行了普查。Kyrpides领导JGI的微生物组数据科学小组，Ivanova领导功能注释小组。

MAGs显著扩大了细菌和古生菌的多样性

以系统发育多样性作为生物多样性的代表性指标，他们在近200万个基因组上使用了5个普遍保守的蛋白质编码标记基因，包括分离物、代表潜在基因组的不同质量分数的宏基因组组装基因组（MAGs）和近44,000个宏基因组。所有数据都可以在国家生物技术信息中心（NCBI）基因库和JGI的综合微生物基因组和微生物组（IMG/M）数据库中公开获取。

在他们的分析中，研究小组发现，细菌分离基因组占可用数据集总估计多样性的9.73%。多年来，通过直接从环境样本中提取数据来恢复mag的努力大大扩大了已知微生物基因组的多样性，占估计细菌多样性总数的近49%。该团队保守估计，大约42%的细菌多样性在公共数据库中没有基因组代表。

在过去的几十年里，测序技术的进步已经为全球研究界提供了大量的微生物基因组。在对古细菌的类似分析中，研究小组发现，分离基因组仅占6.55%，而mag占可用数据集估计多样性的约57%。这使得36%的古菌多样性没有基因组代表。

“当涉及到分离基因组数据，我们的现实世界的试金石，我们只是抓抓众所周知的培养皿，”Seshadri说。“这提醒我们培育新的微生物物种的紧迫性。”

了解微生物世界的针对性探索

通讯作者伊万诺娃说，JGI继续沿着增加细菌和古细菌多样性的基因组代表性的方向工作，为未知的微生物领域带来光明。尽管MAGs极大地扩展了数据集中已知的微生物基因组多样性，但研究小组补充说，这些信息仍然是通过计算得出的。需要对培养的分离菌进行实验研究，将潜在的影响转化为应用科学，为可持续的生物经济做出贡献。

Seshadri补充说：“虽然计算衍生的mag已经成为微生物学的革命性工具，但它需要平衡。”她指出，这项研究中使用的宏基因组数据集可以帮助研究人员提高恢复特定分离物种进行培养的机会。“我们已经画出了藏宝图，”她说。“基本上，我们可以特别指出环境样本，人们可以去那里重新投入时间和精力进行恢复。”

该小组计划在今年晚些时候召开一次有关增加培养分离株数量的讨论。如果你有兴趣了解更多，请填写这份调查。