研究人员对3.175亿个海洋微生物的基因信息进行了分析和编目

研究人员对3.175亿个海洋微生物的基因信息进行了分析和编目海洋微生物组是一个巨大的、高度多样化的基因库，具有复杂的新陈代谢能力。全球海洋基因组已被证明是科学的重要资源，尤其是在健康领域。例如，最初从水母中分离出来的绿色荧光蛋白现在已被广泛应用于医学成像诊断；生活在热液喷口周围的细菌是用于检测SARS-CoV-2的PCR测试中聚合酶的来源。但是，还有更多的基因有待发现。元基因组学是对直接取自环境或临床样本的遗传物质的研究，可以将基因功能与基因所属的生物体相匹配。分析数百万海洋微生物的基因构成是一项艰巨的任务。值得庆幸的是，人工智能的兴起和计算能力的提高使得大规模的元基因组分析成为可能。现在，阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员与西班牙国家研究委员会（CSIC）海洋科学研究所合作，对居住在海洋中的微生物的大量基因信息进行了分析和编目。研究人员利用2021年发明的KAUST元基因组分析平台(KMAP)分析了2102份海洋样本。大部分（78.5%）样本采集于上层海洋（0至200米/656英尺）；7.2%采集于中层海洋（200米/656英尺至1000米/3281英尺）；10.2%采集于暗层海洋，深度低于1000米/3281英尺。他们的DNA测序分析确定了3.175亿个独特的基因簇，并利用这些基因簇创建了KMAP全球海洋基因目录1.0，这是世界上最大的海洋微生物开源目录，可将微生物与基因功能、地理位置和栖息地类型相匹配。除了增进我们对海洋微生物群及其新陈代谢能力的了解外，所提供的信息还能帮助科学家追踪全球变暖、污染和整体海洋健康状况，并为探索新型基因在医药、能源、食品和其他行业的潜在用途提供了工具。该研究的通讯作者卡洛斯-杜阿尔特（CarlosDuarte）说："科学家可以远程访问目录，研究不同的海洋生态系统是如何运作的，跟踪污染和全球变暖的影响，寻找生物技术应用，如新型抗生素或分解塑料的新方法。我们目前正在经历的人工智能加速发展很可能会在识别我们正在发布的海量目录中所包含的生物技术相关基因方面发挥重要作用"。有趣的是，在中深海区发现的独特基因簇中，真菌占了50%以上，这凸显了真菌对微生物多样性的贡献。此外，95.9%的样本来自远洋区，即远离海岸的开放自由水域，4.1%的样本来自海底区，即洋底。底栖微生物在海洋生物地球化学循环中起着举足轻重的作用，生物圈中生物（生物）和非生物（非生物）之间的相互作用促进了碳、氮和硫等重要元素的更替。收集有关这些微生物的信息为了解海洋生态系统如何适应因自然和人为原因而不断变化的环境提供了宝贵的信息。"我们的分析强调了继续对海洋进行采样的必要性，重点是那些研究不足的区域，如深海和洋底，"该研究的主要作者ElisaLiaolo说。虽然3.175亿个基因簇听起来似乎很多，但研究人员知道，他们仍有很多工作要做。杜阿尔特说："海洋基因目录1.0中记录的3.17亿个基因组虽然令人印象深刻，但很可能只是海洋生命漫长进化史所积累的庞大功能库的冰山一角。进一步的项目侧重于对海洋中未被充分研究的栖息地进行取样和大规模测序，其中包括研究中未包括的珊瑚和海草等生物，这些栖息地中已知有大量微生物物种，这些项目将可能揭示出比这个初始基因目录中包含的基因数量多得多的基因。"这项研究发表在《科学前沿》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1414823.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1414823.htm

研究发现病毒会增强海洋的碳捕获能力

研究发现病毒会增强海洋的碳捕获能力基于网络的生态互动分析表明，北极和南极地区RNA病毒物种的多样性高于预期。基因组分析的进展通过将基因组测序数据与人工智能分析相结合，研究人员发现了海洋病毒，并对其基因组进行了评估，发现它们从其他微生物或细胞中"窃取"了处理海洋中碳的基因。通过绘制微生物代谢基因（包括水下碳代谢基因）图谱，研究人员发现全球海洋中有340种已知的代谢途径。其中，有128种还存在于海洋病毒的基因组中。俄亥俄州立大学微生物学教授兼微生物组科学中心主任马修-沙利文（MatthewSullivan）说："这个数字如此之高，让我感到震惊。"通过计算技术的进步，研究小组挖掘出了这一巨大的数据宝库，现在已经揭示了哪些病毒在碳代谢中发挥作用，并将这一信息用于新开发的群落代谢模型，以帮助预测如何利用病毒来设计海洋微生物群，从而实现更好的碳捕获。沙利文说："建模是为了了解病毒是如何提高或降低系统中的微生物活性的。群落代谢建模告诉我一个梦寐以求的数据点：哪些病毒以最重要的代谢途径为目标，这很重要，因为这意味着它们是很好的杠杆。"昨天（2024年2月17日），沙利文在丹佛举行的美国科学促进会年会上介绍了这项研究。碳捕获病毒工程苏利文是塔拉海洋联合会（TaraOceansConsortium）的病毒研究协调人，该联合会是一项为期三年的全球性研究，研究气候变化对世界海洋的影响，并收集了35000份含有丰富微生物的水样。他的实验室主要研究噬菌体（感染细菌的病毒）及其在工程框架中的放大潜力，以操纵海洋微生物将碳转化为最重的有机物，沉入海底。"海洋会吸收碳，这可以缓冲气候变化。二氧化碳作为气体被吸收，并由微生物将其转化为有机碳，"沙利文说。"我们现在看到的是，病毒以这些微生物群落代谢中最重要的反应为目标。这意味着我们可以开始研究哪些病毒可以用来将碳转化为我们想要的那种碳。换句话说，我们能否加强这个巨大的海洋缓冲区，使其成为碳汇，为应对气候变化争取时间，而不是将碳释放回大气层，加速气候变化？"2016年，塔拉团队确定海洋中的碳下沉与病毒的存在有关。人们认为，当受病毒感染的碳处理细胞聚集成较大的粘性聚合体并掉落到海底时，病毒有助于碳的下沉。研究人员开发了基于人工智能的分析方法，从数以千计的病毒中找出少数"VIP"病毒，在实验室中进行培养，并将其作为海洋地球工程的模型系统。塔拉海洋联合会的达米安-埃维拉德（DamienEveillard）教授开发的这种新的群落代谢模型，有助于他们了解这种方法可能会产生哪些意想不到的后果。沙利文的实验室正在吸取这些海洋方面的经验教训，并将其应用到人类环境中的病毒微生物组工程中，以帮助脊髓损伤后的康复、改善感染艾滋病毒的母亲所生婴儿的预后、对抗烧伤伤口的感染等。海洋以外的应用土木、环境和大地工程学教授沙利文说："我们正在进行的对话是，'这其中有多少是可以转换的？'我们的总体目标是对微生物组进行工程设计，使其朝着我们认为有用的方向发展。"他还报告了在一个完全不同的生态系统中使用噬菌体作为地球工程工具的早期努力：瑞典北部的永久冻土带，那里的微生物既能改变气候，又能在冻土融化时对气候变化做出反应。俄亥俄州立大学微生物学副教授弗吉尼亚-里奇（VirginiaRich）是美国国家科学基金会资助的EMERGE生物集成研究所的联合主任，该研究所设在俄亥俄州立大学，负责组织瑞典野外现场的微生物组科学研究。里奇还共同领导了之前的研究，该研究发现解冻的永久冻土层土壤中的单细胞生物是甲烷（一种强效温室气体）的重要生产者。里奇与新罕布什尔大学的露丝-瓦尔纳（RuthVarner）共同组织了美国科学院会议，后者是EMERGE研究所的共同负责人，该研究所的工作重点是更好地了解微生物群如何应对永久冻土融化以及由此产生的气候相互作用。沙利文的演讲题目是"从生态系统生物学到用病毒管理微生物组"，是在题为"以微生物组为目标的生态系统管理"的会议上发表的：小角色，大作用"的会议上发表的。海洋方面的工作得到了美国国家科学基金会、戈登和贝蒂-摩尔基金会以及塔拉海洋公司的支持，除美国国家科学基金会外，土壤方面的工作也得到了能源部和格兰瑟姆基金会的资助。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418989.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418989.htm

螃蟹和昆虫外骨骼中的甲壳素可能蕴藏着治疗肥胖症的新方法

螃蟹和昆虫外骨骼中的甲壳素可能蕴藏着治疗肥胖症的新方法圣路易斯华盛顿大学医学院的科学家们在对小鼠的研究中发现，几丁质会引发肠道内的免疫系统反应，而抑制体内对抗几丁质分解的酶可以为肥胖症的治疗提供一条新途径。病理学和免疫学助理教授史蒂文-范-戴肯（StevenVanDyken）说："肥胖是一种流行病。我们吃进体内的食物对我们的生理机能和食物代谢方式有着深远的影响。我们正在根据所学到的有关饮食如何影响免疫系统的知识，研究对抗肥胖的方法。"摄入几丁质后，胃细胞会激活几丁质酶的产生，这种酶可以分解多糖。人体内有两种几丁质酶，即几丁质三糖苷酶1（CHIT1）和酸性哺乳动物几丁质酶（AMCase），它们长期以来一直在对抗细胞壁中含有几丁质的病原体，包括有毒真菌和寄生线虫的肠道内壁。它们还与哮喘和其他免疫反应失调引起的炎症有关。在这项研究中，有三组小鼠被喂食高脂肪饮食；一组小鼠的几丁质酶能力被抑制，无法分解几丁质，另一组小鼠的几丁质酶正常生产，第三组小鼠没有摄入任何几丁质。与不吃甲壳素或吃了但能分解甲壳素的动物相比，吃了但不能分解甲壳素的动物体重增加得最少，体脂也最低。科学家们认为，无法降解甲壳素的动物所引发的免疫反应是它们能够在饮食上抵抗肥胖的关键。"我们认为几丁质的消化主要依赖于宿主自身的几丁质酶，"范-戴肯说。"胃细胞通过一个我们称之为适应的过程来改变它们的酶输出。但令人惊讶的是，这一过程是在没有微生物输入的情况下发生的，因为胃肠道中的细菌也是降解几丁质的几丁质酶的来源。"研究人员现在希望将这一研究成果用于人体研究，观察在饮食中添加几丁质，同时阻止几丁质酶的产生，是否也能起到类似的控制体重的作用。幸运的是，虽然一些喜欢冒险的食客并不介意吃一碗脆脆的蟋蟀，但甲壳素也存在于酵母和藻类以及常见的食用菌中，而且很容易被改造成更美味的膳食补充剂。VanDyken说："我们有几种抑制胃中几丁质酶的方法。将这些方法与含几丁质的食物搭配，可能会对新陈代谢产生非常实际的益处"。这项研究发表在《科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383043.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383043.htm

中科院微生物研究所创建出仿生海洋电池

中科院微生物研究所创建出仿生海洋电池9月24日，国际学术期刊NatureCommunications报道了微生物所研究人员创建的小型化仿生海洋电池，在生物光伏领域取得新进展。该研究受到海洋微生物生态系统是一个天然太阳能生物转化系统的启发。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1324735.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1324735.htm

寻找抗生素耐药性的起源：科学家发现18种前所未见的肠道微生物

寻找抗生素耐药性的起源：科学家发现18种前所未见的肠道微生物预计到2050年，抗生素耐药感染将取代癌症成为导致死亡的主要原因，因此了解和限制抗生素耐药细菌的传播成为全世界的当务之急。在最近发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一篇论文中，由马萨诸塞州眼耳科医院首席科学官迈克尔-吉尔摩（MichaelS.Gilmore）博士共同领导的一个研究小组描述了他们发现的18种从未见过的肠球菌类型细菌，这些细菌含有数百个新基因--这些发现可能会为抗生素耐药性提供新的线索，因为科学家们正在寻找遏制这些感染的方法。肠球菌是导致耐多药感染的主要原因，尤其是在手术后和住院患者中。这种感染可导致死亡，每年增加的医疗成本超过300亿美元。抗生素的重要性"在过去的75年中，抗生素挽救了数亿人的生命，并为各类手术的成功做出了巨大贡献，"身兼哈佛医学院传染病研究所所长的吉尔摩说。"然而，在过去的30年里，许多最棘手的细菌对抗生素的耐药性越来越强，现在已经达到了危机的程度。我们的发现可能会加深人们对耐药基因如何传播到医院细菌并威胁人类健康的理解"。青霉素等抗生素是在20世纪20年代被发现的，它们是由土壤中的微生物自然产生的化合物。吉尔摩指出，产生抗生素的微生物在森林地面的腐烂树叶和植物物质中繁衍生息，并赋予森林土壤以气味。昆虫在抗生素耐药性中的作用吉尔摩和布罗德细菌基因组学组主任阿什莉-厄尔（AshleeEarl）博士组建了一支国际科学家团队，其中包括精英冒险家，在全球偏远角落寻找可能含有肠球菌的粪便、土壤和其他样本。他们收集的标本种类繁多，包括在亚南极水域迁徙的企鹅、乌干达的杜鹃和大象；从巴西到美国的昆虫、双壳类动物、海龟和野生火鸡；蒙古的红隼和秃鹫；澳大利亚的沙袋鼠、天鹅和袋熊；以及欧洲的动物园动物和野生鸟类。研究小组之前的收集工作发现了新类别的细菌毒素，并表明肠球菌大约产生于4.25亿年前，当时第一批动物--千足虫和蠕虫的祖先出现在陆地上。在四条腿的动物上岸之前，它们可能统治了地球大约5000万年。探险科学家史蒂维-安娜-普卢默（StevieAnnaPlummer）与2016年尼泊尔探险期间采集的粪便和水样，为全球微生物研究收集样本。图片来源：探险科学家（摄影：保罗-阿莫斯）研究人员最近的采集工作将肠球菌菌株的属种多样性扩大了25%以上，同时还发现了更多线索，揭示出昆虫和其他无脊椎动物可能是迄今为止肠球菌细菌（包括天然抗生素耐药菌种）的最大天然来源。厄尔说："直到最近，我们对肠球菌遗传学的大部分了解都来自那些让我们生病的肠球菌，这是一个问题--就像试图了解黑暗却从未见过光明一样。在公民科学家的帮助下，将我们的视野扩展到医院以外的地方，为我们提供了所需的对比，以确定它们是如何让医院里的人生病的，同时也为公众提供了共同拥有解决方案的机会"。吉尔摩认为，昆虫一直在吃腐烂的植物材料，在此过程中自然会给自己摄入一定剂量的抗生素。他假设，数亿年来，这些昆虫肠道中的细菌（如肠球菌）一直接触这些抗生素，并产生了抗药性。20世纪40年代和50年代，当人类首次开始服用抗生素时，抗药性已经存在于环境中，并进入了导致人类感染的细菌中。COVID-19大流行揭示了自然界蕴藏着许多人类面临的传染风险。这项研究表明，自然界中的昆虫及其近亲是一个巨大的、未定性的微生物基因库，这些未被发现的微生物基因与那些导致一些抗生素耐药性最强的感染的微生物基因密切相关。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422318.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422318.htm

研究发现人群抗生素的使用会影响个人的健康

研究发现人群抗生素的使用会影响个人的健康抗生素的主要问题之一是除了清除体内的病原体外还对天然菌群产生负面影响。肠道微生物群是由生活在消化道中的数十亿细菌和其他微生物组成的--有些是有益的，有些是潜在有害的。在一个健康的人身上，这些微生物共存而没有问题。但长期使用抗生素会使这种共生关系失去平衡，导致身体更容易生病。AMR也有一个遗传因素。相同或不同物种的细菌通过一种叫做水平基因转移的过程相互分享基因。当细菌传递抗生素抗性基因（ARG）时，就会产生AMR，而水平基因转移可以发生在个体内部和环境中的菌株之间。它甚至可以发生在死细胞和活细胞之间。由于细菌迅速繁殖，耐药性被放大了。已经有很多关于抗生素对肠道微生物组的短期影响的研究。然而，长期以来对普通人群的影响还没有被研究得那么多。一项新的研究考察了人口对抗生素的消费如何影响该人口中发现的ARG水平。研究人员分析了14个国家的健康人的3000多份肠道微生物组样本。该研究的通讯作者ChristopherQuince说："即使是最近没有服用过抗生素的健康人，也会不断受到来自与他们互动的人或宠物的微生物的轰击，这可能导致抗性基因嵌入他们自己的微生物群中。"然后他们将样本中发现的ARG与大型基因组集合中发现的ARG进行了比较，以了解这些基因如何在微生物和病原体之间移动。Quince说："我们特意把重点放在健康人的样本上，或者至少是那些我们可以确信没有服用抗生素的人。我们需要看到在没有任何抗菌素影响的情况下，肠道微生物组的基因概况。"研究人员对他们发现的ARG数量进行了编目，将他们的数据与抗生素耐药性综合数据库（CARD）进行了比较，该数据库是一个收集和组织ARG及其相关表型（可观察特征）信息的生物数据库。他们确定了16个AMR基因的中位数，并发现基因的中位数在他们研究的14个国家中有所不同。利用世卫组织和ResistanceMap的数据，研究人员证明了一个国家的ARG频率与它的抗生素消费水平之间的强烈关联。ResistanceMap是一个基于网络的数据可视化工具集合，用于互动探索AMR和全球抗生素使用的趋势。Quince说："我们发现，在更经常服用抗生素的国家，其人口的肠道微生物组中的抗性基因数量也更高。"这项研究的结果表明，无论一个人的健康状况如何，也无论他们是否在服用抗生素，肠道中的ARG数量在很大程度上受到整个人口抗生素消费的影响。该研究的共同作者FalkHildebrand说："我们已经知道一些年了，抗菌素抗性基因可以在肠道细菌之间难以置信地快速传播。这项研究如此重要，因为它第一次可以量化国家抗生素的使用对我们的共生细菌的影响，同时也让我们了解到我们可以期待的常见抗性类型的演变。"研究人员希望，他们的研究提供的见解将指导未来的治疗和新的抗菌药物的开发。该研究发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351747.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1351747.htm