美國(guó)國(guó)家能源部Lawrence Berkeley實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校的研究人員采用科羅拉多蓄水層的沉積物和地下水樣本，通過(guò)宏基因組測(cè)序重建了二千五百多個(gè)微生物的基因組。這項(xiàng)研究發(fā)表在十月二十四日的Nature Communications雜志上，為人們揭示了地下世界驚人的生物學(xué)多樣性，給生命之樹(shù)增添了幾十個(gè)新的分支。

微生物幾乎是無(wú)所不在的，它們對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康起到了不容忽視的作用。然而人們對(duì)微生物的了解還相當(dāng)匱乏，因?yàn)樵S多微生物是無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的。過(guò)去的微生物組研究主要是進(jìn)行16S rDNA基因測(cè)序。隨著測(cè)序成本的直線(xiàn)下降，針對(duì)整個(gè)菌群的宏基因組測(cè)序越來(lái)越受到青睞，因?yàn)檫@一技術(shù)能夠提供更全面的基因組和功能信息。

這項(xiàng)研究獲得的基因組覆蓋了已知細(xì)菌類(lèi)群的80%，對(duì)于一個(gè)特定地點(diǎn)來(lái)說(shuō)這樣的生物多樣性相當(dāng)驚人。研究人員還發(fā)現(xiàn)了47種新細(xì)菌并為它們一一命名。加上去年報(bào)告的35種細(xì)菌，研究人員使已知細(xì)菌的種類(lèi)增加了一倍。

“為了更好地理解這些地下微生物承擔(dān)的功能，我們分析了它們的整個(gè)基因組。研究顯示，這些微生物之間的相互依存關(guān)系比我們之前看到的更加緊密，”這篇文章的第一作者，加州大學(xué)伯克利分校的Karthik Anantharaman說(shuō)。這些地下微生物相互協(xié)作，共同推動(dòng)地球上至關(guān)重要的碳循環(huán)、氫循環(huán)、氮循環(huán)和硫循環(huán)。

此前，美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所的研究團(tuán)隊(duì)收集了來(lái)自1776種環(huán)境（包括17個(gè)人體區(qū)域）的微生物宏基因組數(shù)據(jù)，在其中尋找所謂的“重編碼事件”。他們專(zhuān)門(mén)就終止密碼子（命令蛋白合成停止的遺傳序列）的重編碼事件進(jìn)行分析，尋找那些把終止密碼子當(dāng)成“前進(jìn)”信號(hào)，還繼續(xù)往蛋白上添加氨基酸的事件。研究表明，這樣的事件在環(huán)境樣本中大量存在。

人類(lèi)消化道居住的大量微生物被統(tǒng)稱(chēng)為腸道微生物組。腸道微生物組在人類(lèi)代謝食物、抵御感染和應(yīng)答藥物等過(guò)程中起到了重要的作用，許多人類(lèi)疾病都與微生物組失衡有關(guān)。我們知道腸道菌群的菌種組成是因人而異的，宏基因組測(cè)序進(jìn)一步揭示了微生物組驚人的復(fù)雜性。華盛頓大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在人們共有的一些細(xì)菌中還存在著廣泛的菌株差異。這是首次在腸道菌群中大規(guī)模分析菌種內(nèi)部的基因變異。

J. Craig Venter研究所的研究團(tuán)隊(duì)在Venter本人的領(lǐng)導(dǎo)下，用不同的二代測(cè)序文庫(kù)制備方法進(jìn)行宏基因組測(cè)序。他們發(fā)現(xiàn)，文庫(kù)制備方法會(huì)顯著影響人類(lèi)微生物組研究中的基因組和功能預(yù)測(cè)。這項(xiàng)研究發(fā)表在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊PNAS雜志上。Venter是基因組測(cè)序的先行者，還合成了首個(gè)人造細(xì)胞，被稱(chēng)為“科學(xué)狂人”。