解码“基因瑰宝”：最完好海洋微生物基因库出炉

■本报记者 刁雯蕙。

9月4日，华大生命科学研讨院联合山东大学、英国东安格利亚大学、我国海洋大学、厦门大学、丹麦哥本哈根大学等组织，在《天然》宣布研讨效果。

他们经过对现在已揭露的海洋微生物宏基因组数据进行剖析和深度发掘，构建了迄今最完好的海洋微生物基因数据库，并从中发现了很多具有运用潜力的基因资源，有望为开发新式基因修改东西、抗菌肽、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料降解酶等供给全新思路，助力相关工业的运用展开。

审稿人在点评中指出，该研讨“很好地证明了海洋微生物的无限或许，为在海量基因组数据中发掘生物技能与生物医学相关的名贵资源指引了方向”“将对与海洋微生物相关的多个范畴的研讨和运用发生继续、持久的积极影响”。

发现超两万个海洋微生物新物种。

海洋是地球上最宽广、最杂乱的生态系统之一，有着丰厚的生物多样性和生物资源。海洋微生物作为海洋生态系统的根底组成部分，在全球生物地球化学循环中起核心作用。但是，现在科学家对海洋微生物的了解仍是“冰山一角”。

在这项研讨中，研讨团队历时5年，经过对现在已揭露的近240Tb的海洋微生物宏基因组数据进行重剖析，构建了具有超4.31万个海洋微生物基因组和24.58亿个基因序列的海洋微生物组数据库（GOMC），掩盖规模包含从南极到北极、从近海到深远海、从表层海洋到万米超深渊等多样化的海洋生态系统。

“研讨团队树立的数据库是已揭露报导的海洋基因组数据库Tara Ocean 的3倍、蛋白序列库的60倍。在该数据库中，咱们发现有两万多个微生物是潜在的新物种，初次发现近1万个深海等一起生境中的微生物。”论文一起榜首作者、华大生命科学研讨院专项科学家陈建威介绍。

据了解，研讨团队运用宏基因组分箱技能对海量数据进行重剖析，获取了海洋环境中很多不行培育微生物的全基因组序列，包含新物种的基因组及其功用信息等。

“在未来基因资源使用上，根据已发掘出有运用潜力的微生物基因组数据，结合组成生物学技能，有望完成微生物活性功用的大规模开发使用。”论文一起通讯作者、英国东安格利亚大学教授Thomas Mock表明。

该研讨不只极大拓宽了人们对海洋微生物多样性的了解，改写了曩昔认知中海洋原核微生物基因组巨细的上限，也提醒了缺氧海洋环境对大基因组细菌的适应性演化具有挑选压力，解析了全球海洋微生物群落的生物地理分布规则，为了解微生物在不同海洋环境中的遗传连通性供给了新视角。

解码“基因瑰宝”，助力工业展开。

除了构建GOMC外，研讨团队还使用深度学习算法东西对数据库中的“基因瑰宝”进行发掘，发现了多项具有运用潜力的基因资源。

例如，研讨团队判定了117个新式抗菌肽，并经过生物组成和试验验证，发现其间10个抗菌肽具有明显抗菌活性及广谱抗菌作用。根据该效果，华大生命科学研讨院已联合香港理工大学展开相关协作，针对抗生素耐药性进行研讨并探究工业化潜力。

此外，研讨团队还在数据库中发现了能够助力处理塑料污染难题的新式塑料降解酶。他们发掘了3个深海高活性新式嗜盐PET塑料降解酶，其在3天内对PET薄膜降解率到达83%，是已报导的IsPETase塑料降解酶活性的44倍。

“塑料污染是全球性难题。以PET生物酶法降解、再生和晋级PET塑料，能够处理塑料污染，提高环境生态效益，是该范畴的研讨热门。新式PET塑料降解酶有望推进PET塑料的绿色、低碳、可继续使用，削减塑料制作工业对石油的依靠和碳排放。”论文一起通讯作者、山东大学微生物技能国家重点试验室常务副主任李盛英表明。

据了解，现在GOMC已存储于国家基因库生命大数据渠道。研讨团队根据GOMC和自有的极点生境基因数据，进一步开发了贯穿序列判定、结构猜测与聚类、酶蛋白活性位点精准猜测和高通量基因组成等全链条人工智能技能辅佐的功用基因发掘技能系统，并面向全球学者供给海洋及极点环境来历的新式酶高效发掘技能服务渠道。

论文一起通讯作者、华大生命科学研讨院主任科学家范广益表明：“这一研讨标志着海洋宏基因组学范畴的一个新高度，凸显了海洋微生物组在改进人类福祉、促进环境可继续展开上的关键作用。这些发现不只为全球科学家对海洋的可继续探究和使用拓荒了宽广远景，也为未来生物技能和生物医学研讨奠定了根底。”。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-024-07891-2。

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