《全球海洋微生物多样性及其生物勘探潜力》

  • 来源专题:深海资源开发
  • 编译者: 徐冰烨
  • 发布时间:2024-09-29
  • 在过去的二十年里,从海洋系统中检索到的微生物基因组数量显著增加。然而,将这种海洋基因组多样性转化为生物技术和生物医学应用仍然具有挑战性。在这里,我们从公开可用的海洋元基因组中回收了43,191个细菌和古菌基因组,包括138个不同门的广泛多样性,重新定义了海洋细菌基因组大小的上限,并揭示了CRISPR-Cas系统和抗生素耐药基因的发生之间的复杂权衡。在硅中,对这些海洋基因组的生物勘探导致了一种新的CRISPR-Cas9系统、十种抗菌肽和三种降解对苯二甲酸乙二醇酯的酶。体外实验证实了它们的有效性和功效。这项工作提供了证据,表明全球规模的测序倡议促进了我们对微生物多样性如何在海洋中演变和维持的理解,并展示了如何可持续地利用此类倡议来推进生物技术和生物医学。
  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41586-024-07891-2
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    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2022-07-01
    • 瑞士苏黎世联邦理工学院微生物研究所联合生物信息学研究所等多家单位开展了海洋生物合成基因簇的多样性与新颖性研究,这项研究表明微生物学驱动策略能够在未被探索的微生物群和环境中发现以前未被了解的酶和天然产物,该研究成果于2022年6月22日发表于《自然》(Nature)期刊。 天然微生物群落具有系统发育和代谢多样性的特征,驱动着全球生物地球化学循环,为食物网的构建和动植物的健康提供支撑。除了未被充分开发的生物群体,这种多样性还包含了对生态和生物技术相关的酶和生化化合物的丰富发现潜力。然而,研究这种多样性以确定这些化合物合成的基因组途径,并将它们与各自的宿主匹配,在目前仍是一个挑战。全球范围内对基因组解析数据的分析目前仍十分受限,在公共海域微生物的生物合成潜力很大程度上也仍然未知。过去十年间的技术进步使得研究人员可以直接(即不经过培养)从整个群落(宏基因组学)或单个细胞中对微生物DNA片段进行测序。将这些片段组装成更大的基因组片段并分别重建多个宏基因组组装基因组(MAGs)或单个扩增基因组(SAGs)的可能性,为以前以分类群为中心的微生物组(即微生物群落及其在给定环境中的遗传物质)的研究开辟了新的途径。最新的调查很大程度上扩展了地球上微生物多样性的系统基因组表征方式,并揭示了不同微生物组中的大部分功能多样性在过去并没有被培养微生物的参考基因组序列(REFs)所捕获。 对于海洋——地球上最大的生态系统,有超过三分之二的全球宏基因组数据仍然下落不明。因此,海洋微生物组的生物合成潜力及其作为新酶学和天然产物库的潜力在很大程度上仍未得到充分开发。研究人员通过整合所培养的10000个来自于单细胞生物的微生物基因组以及25000个来自于1000多个海水样本的重建基因组,分析了海洋生物合成基因簇的多样性与新颖性。通过不断试验,共发现约40000个新型生物合成基因簇(BGC),其中大多数来自尚未表征的基因簇家族(GCF)。在这些基因簇的类群中,包含一种含量十分丰富的生物合成基因簇(Candidatus Eudorem icrobiaceae),它类属于一个未培养的细菌门,显示出这个特有环境下最具生物合成多样性的微生物。在此基础上,研究人员表征了磷酸肽和吡咯酰胺的合成基因组途径,并发现了一些不寻常的生物活性化合物结构与酶学信息。(刘思青  编译)
  • 《研究项目XTREAM调查嗜极端微生物的工业潜力》

    • 来源专题:深海资源开发
    • 编译者:徐冰烨
    • 发布时间:2025-02-06
    • 2025年2月/卑尔根。XTREAM是一个新的国际研究项目,它将研究来自极端环境的弹性微生物,以利用其特性应用于医学、制药、农业以及食品和饲料行业。来自13家参与研究机构的科学家,包括基尔GEOMAR Helmholtz海洋研究中心,现已聚集在挪威卑尔根,正式启动该项目。在接下来的四年里,他们将使用最先进的技术来研究冰川、温泉、深海海绵和酸性矿井排水。该项目由欧盟的欧洲地平线计划资助了约440万欧元。来自欧洲各地的科学家和行业代表聚集在挪威卑尔根,启动欧盟资助的XTREAM项目。这项为期四年的倡议将探索嗜极端微生物(在极端环境中茁壮成长的微小生物体)在制药、医药、农业、食品和饲料生产中的创新应用的潜力。 “来自极端环境的微生物是自然界的终极问题解决者。挪威环境研究中心(NORCE)的项目负责人Antonio García-Moyano博士说:“通过XTREAM,我们希望释放他们的全部潜力来应对紧迫的挑战。” 极端条件下的生活 基尔GEOMAR Helmholtz海洋研究中心的环境微生物学家Erik Borchert博士补充说:“这些微生物经过数百万年的进化,在高度恶劣的条件下生存。”“这赋予了它们独特的特性,使它们能够承受高压或极端温度。通过了解它们的机制,我们可以为生物技术应用开辟全新的途径。” 然而,研究这些生物体是复杂的、昂贵的和技术要求很高的。XTREAM汇集了13个欧洲研究合作伙伴,以克服这些挑战,并为符合欧盟可持续性目标的工业创新铺平道路。“对这些极端环境的负责任探索是XTREAM的核心。García-Moyano说:“通过整合微流体分析、人工智能和先进无人机等尖端技术,我们正在将创新与环境责任相结合。” 地球上一些最恶劣环境的研究 该项目将研究地球上一些最极端的栖息地,包括斯瓦尔巴群岛的冰川、西班牙的力拓等酸矿开采点、温泉、英国的酸污染点、北极的盐湖和深海海绵。在这些地点发现的微生物可能是新药、生化学和稳定酶的关键,为欧洲可持续的绿色经济的发展做出贡献。 在GEOMAR,深海海绵和与它们共生的微生物是主要研究重点。在XTREAM中,参与的科学家将专门寻找新的生物催化剂——实现或加速生化反应的酶。 通过生物适应的新解决方案 “XTREAM加快了从发现到应用的道路,创造了符合欧洲气候目标的生物基解决方案。García-Moyano补充道:“它有力地反驳了可持续性驱动的创新是不切实际的论点。”该项目的预期突破预计将大大减少生物技术研究的环境影响和成本,同时加快可持续生物基产品的上市时间。 关于XTREAM: XTREAM项目(对极端水生微生物群落的新型产品和工艺进行可持续探索和生物发现,以加快循环生物经济)汇集了来自七个欧洲国家的大学、研究机构和工业界的13个合作伙伴。该项目将运行四年(2025-2028年)。 总预算:4,460,000欧元 资金:欧盟 – 欧洲地平线