微生物组

从人体微生物组计划(2007年)到国家微生物组计划(2016年),美国酝酿了十年,各国也对微生物组研究投入了大量努力。微生物组学研究发展非常快,肠道微生物组与人体的多种疾病相关联,深刻影响了疾病的治疗和临床研究,包括体重、糖尿病、免疫系统、肠道疾病、代谢疾病、炎症、心脏病、大脑神经系统等等,被认为是人体的“第二基因库”。

新功能、新界面、新体验,扫描即可下载生物谷APP!
首页 » 微生物组 » Nature:揭秘地球微生物组计划

Nature:揭秘地球微生物组计划

来源:本站原创 2017-11-02 20:46


图片来自Nature, doi:10.1038/nature24621。

2017年11月2日/生物谷BIOON/---地球微生物组计划(Earth Microbiome Project)的目标是尽可能多地对地球微生物群落进行取样,以便促进人们对微生物及其与包括植物、动物和人类在内的环境之间的关系的理解。这一任务需要来自世界各地的科学家的帮助。到目前为止,这一计划已覆盖了从北极到南极的七大洲和43个国家,而且有超过500名研究人员为样品和数据收集作出了贡献。这一计划的成员正在使用这种信息作为大约100项研究的一部分,其中一半的研究已在同行评审的期刊上发表。

论文第一作者Luke Thompson博士(之前是Knight实验室的一名博士后研究员,当前是美国国家海洋与大气管理局的一名研究助理)说,“微生物是无处不在的。然而,在这项大规模的工作开展之前,微生物群落组成的变化主要通过重点研究某个时刻一个地方的一种样品类型而被鉴定出来的。这就使得在不同的环境和地理环境中找出普遍的原则变得困难。”

地球微生物组计划的成员通过对16S rRNA基因进行测序,分析了不同环境、地理位置和化学反应中的细菌多样性。16S rRNA基因是细菌和古生菌的特异性遗传标记,可作为“条形码”鉴定出不同类型的细菌,从而允许研究人员在来自全世界的样品中追踪它们。这一计划的研究人员也利用一种新的方法消除这些数据中的测序错误,使他们能够更加准确地了解这些微生物组中独特序列的数量。

在第一次公布的数据中,地球微生物组计划的研究人员鉴定出大约30万个独特的微生物16S rRNA序列,其中将近90%在现有的数据库中找不到精确匹配的序列。

在现有的数据库中,16S rRNA序列的数量是有限的,这是因为它们的设计初衷并不是为了让人们在未来以一种有用的方式添加数据。论文共同作者、Knight实验室博士后研究员Jon Sanders博士将这些其他的数据库与地球微生物组计划之间的差别比作为电话薄与脸书(Facebook)之间的差异。他说,“以前,你必须将你的序列列出来,这种列表含有非常少的关于这个序列来自何处或者它与哪些序列一起发现的信息。如今,我们设计出一种支持所有附加内容的框架,而且该框架能够有机地增加以便支持新的问题和见解。”

Gilbert说,“有大量的微生物多样性仍未编入目录。迄今为止,在所有已知的细菌序列中,我们已经‘重新捕捉’了大约一半。利用这些信息,地球微生物的分布模式已正在浮现。”

根据Gilbert的说法,最令人惊讶的发现之一是独特的16S rRNA序列比科学家们通常使用的物种单位更能反映特定的环境。地球微生物组计划取样的环境多样化有助于证实局部环境对微生物组产生多大的影响。比如,鲸目动物(鲸鱼和海豚)和鱼类的皮肤微生物组彼此之间的类似性要高于它们与它们游动的水域的微生物组之间的类似性;相反,盐水中的盐让盐水微生物组与淡水微生物组截然不同,但是它们彼此之间的类似性仍然高于它们与水生动物的皮肤微生物组之间的类似性。总的来说,人类或动物等宿主的微生物组与自由生活的微生物组,如在水和土壤中发现的那些微生物组存在着相当大的差异。比如,在一般情况下,这些自由生活的微生物组要比宿主相关的微生物组具有更大的多样性。

Jansson说,“这些全球生态学模式表明进行协调取样(coordinated sampling)和累积取样(cumulative sampling)是有可能的。考虑到维度和海拔等因素,以及追踪随着时间的推移环境发生的变化,还需要更多地取样。地球微生物组计划为探索大量问题提供了一种资源,同时也是引导获取新数据来解答这些问题的一个起始点。”(生物谷 Bioon.com)

备注:地球微生物组计划收集和分析的数据已被用于很多研究中:
(1)鲸鱼、海豚、海豹、鱼、鸟、蝙蝠、猫、小鼠、大鼠、响尾蛇和科摩多巨蜥的皮肤;
(2)饮用水(doi: 10.1016/j.watres.2012.12.027; doi: 10.1186/s13071-016-1607-1);
(3)来自北大西洋水面的生物群落(doi:10.5194/bg-10-555-2013)和来自太平洋深海海底的生物群落;
(4)漏油(doi:10.1038/ismej.2013.254);
(5)灵长类动物的肠道健康(doi:10.1016/j.gecco.2016.06.004);
(6)食蚁哺乳动物肠道微生物组如何经过进化消化蚂蚁(doi:10.1111/mec.12501),以及蚂蚁肠道微生物组如何经过进化消化植物(doi:10.1093/icb/icx088);
(7)土壤微生物如何影响酿酒葡萄(doi:10.1128/mBio.02527-14);
(8)肥胖如何影响酒香(doi:10.1371/journal.pone.0085611);
(9)人体微生物组如何随着时间的推移发生变化(doi:10.1186/gb-2011-12-5-r50)和如何改变我们生活的空间(doi:10.1126/science.1254529)。

参考资料:

Luke R. Thompson, Jon G. Sanders, Daniel McDonald et al. A communal catalogue reveals Earth’s multiscale microbial diversity. Nature, Published online 01 November 2017, doi:10.1038/nature24621

版权声明:本文系生物谷原创编译整理,未经本网站授权不得转载和使用。如需获取授权,请点击
温馨提示:87%用户都在生物谷APP上阅读,扫描立刻下载! 天天精彩!



相关标签

最新会议 培训班 期刊库