樹木的生長取決于土壤和水的養(yǎng)分，以及根部內(nèi)部，周圍和周圍的微生物。同樣，人類的健康也受到環(huán)境因素和身體與微生物組的相互作用的影響，特別是在腸道中。基因組序列對于表征個體微生物和理解其功能角色至關(guān)重要。然而，之前的研究估計，腸道微生物組中只有50%的物種具有測序基因組，部分原因是許多物種尚未進行研究。

本周在自然界出版的能源部(DOE)勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)，格拉德斯通研究所和Chan-Zuckerberg Biohub的研究人員展示了近61,000個微生物基因組，這些微生物基因組是由3,810個可公開獲得的人類腸道宏基因組計算重建的。 ，它是微生物組樣品中存在的所有遺傳物質(zhì)的數(shù)據(jù)集。宏基因組裝配的基因組(MAG)包括2,058個以前未知的物種，從而使已知的人類腸道物種數(shù)量達到4,558，并使測序的腸道細菌的系統(tǒng)發(fā)育多樣性增加50%。

大規(guī)模培養(yǎng)工作的模范社區(qū)

這項工作有助于回答為什么某些微生物沒有在實驗室培養(yǎng)的問題。科學(xué)家以前使用宏基因組學(xué)和單細胞基因組學(xué)來辨別環(huán)境樣品中存在的未培養(yǎng)微生物的特定代謝能力。“然而，許多環(huán)境社區(qū)的研究很少，因此尚不清楚未開墾的生物是否真的無法培養(yǎng)，”伯克利實驗室環(huán)境基因組學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)(EGSB)部門的科學(xué)家斯蒂芬·奈法奇說，該研究的第一作者。“相比之下，人類的腸道經(jīng)過大量的大規(guī)模培養(yǎng)研究，這表明人類腸道中許多'野生'，未開墾的物種很難用當(dāng)前的方法進行培養(yǎng)。”

通過比較未開墾物種的重建基因組與已培育的基因組，研究小組發(fā)現(xiàn)，未開墾的物種的基因組平均大約小20%，并且缺少多種生物合成脂肪酸，氨基酸和維生素的途徑。Nayfach說：“未經(jīng)培養(yǎng)的腸道細菌通常缺失的基因可能指向以前基于文化的研究中忽略的重要生長因子。”

改善全球人口的基因組資源

在一個名為IGGsearch的新工具的幫助下，該團隊將患有10種不同疾病的人的微生物組與健康個體的微生物組進行了比較，發(fā)現(xiàn)近40%的微生物疾病關(guān)聯(lián)涉及一個以前沒有基因組的物種。格拉德斯通研究所和Biohub的高級研究員，該研究的撰稿人凱蒂·波拉德說：“這些疾病的聯(lián)系曾經(jīng)是看不見的或難以察覺的。”

例如，Negativicutes類中的一個新物種在脊髓炎癥狀態(tài)強直性脊柱炎(AS)患者中嚴重耗盡。“作為一名AS患者，我很高興我們終于能夠更全面地了解這種疾病中微生物的變化情況，”她補充說。此外，該團隊使用IGGsearch微生物組概況建立疾病預(yù)測模型，并發(fā)現(xiàn)與主要量化栽培種豐富的現(xiàn)有工具相比，預(yù)測準確性“顯著提高”。

同樣是加州大學(xué)舊金山分校教授的波拉德補充說，到目前為止，生活在北美，歐洲或中國以外的人的微生物組基因組資源特別稀少。“通過匯集來自不同人的宏基因組的基因組，我們幫助縮小了這一差距，”她說。

在微生物區(qū)域擴展技術(shù)

EGSB資深科學(xué)家兼團隊負責(zé)人Nikos Kyrpides表示，Nayfach為此研究開發(fā)的幾種計算方法和分析目前正用于實現(xiàn)聯(lián)合基因組研究所(JGI)的一項開創(chuàng)性項目：分析大量其他JGI測序的MAGs來自不同的環(huán)境。他補充說，這種類型的分析取決于幾個關(guān)鍵因素：微生物組數(shù)據(jù)的可用性;公共檔案中序列數(shù)據(jù)的可用性;以及社區(qū)缺乏任何數(shù)據(jù)利用限制，最近他和Katie Pollard共同撰寫的科學(xué)政策文件中提到了這一點。

對于Kyrpides，與Gladstone和CZ Biohub的合作使他的團隊能夠展示所有微生物區(qū)域開發(fā)的技術(shù)的廣泛應(yīng)用。“這個項目是另一個很好的展示，它匯集了來自多項研究的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以使我們能夠解決具有深遠影響的問題，這些問題無法單獨使用任何單獨的研究來回答，”他說。