大规模基因组研究编目海洋微生物

🌊 华大研究团队在 Nature 上揭示海洋微生物的巨大多样性和生物技术潜力，成功发现新型基因编辑工具、抗生素和塑料降解酶。

世界海洋蕴藏着惊人的微生物生命多样性，这是一个大部分未被开发、具有巨大潜力的资源。一项在线发表于 Nature 的重大研究，涉及华大研究院、山东大学、东安格利亚大学及其他国际合作者的研究人员，提出了编目这种多样性并解锁其生物技术应用的里程碑式努力。华大研究院的主要贡献者包括范广益、张文武、刘心、孙颖、陈建威和贾阳阳。

💡 挑战：从数据到发现

虽然测序技术已经产生了大量海洋微生物基因组数据，但将这些数据转化为实际的生物技术或生物医学应用仍然困难。这项研究旨在弥合这一差距。

🌍 构建全球海洋微生物组目录（GOMC）

研究团队分析了海量的公共海洋宏基因组数据，结果包括：

🧬 基因组恢复： 从多样海洋环境中重建了 43,191 个独特微生物基因组（MAG）。
📖 统一目录（GOMC）： 与现有数据库整合，创建包含近 24,200 个独特物种水平基因组的 GOMC，显著扩展了已知的海洋微生物多样性。
🦠 新洞见： 表征了基因组特征，包括已知最大的海洋细菌基因组（达 18.4 Mb）以及微生物防御系统（CRISPR-Cas 与抗生素抗性基因）之间的复杂关系。

✨ 生物勘探成功：挖掘海洋基因组

这一资源的真正力量通过成功的计算机生物勘探结合严格的实验验证得到展示：

✂️ 新型 CRISPR-Cas9 系统： 发现 Om1Cas9——一种紧凑高效的新型基因编辑工具，并在体外和人类细胞系中确认了其活性。
💊 新型抗菌肽（AMP）： 鉴定出 1,000 多种潜在抗菌肽。十个合成的候选分子表现出抗菌活性，其中 cAMP_87 对病原体表现出强效、广谱的作用。
♻️ 强效塑料降解酶： 从深海环境中发现新型 PETase（分解 PET 塑料的酶）。三个候选分子表现出优越的 PET 降解活性，尤其是在高盐条件下，性能优于已知酶。

🚀 意义：面向未来的资源

这项全面研究不仅为基础研究（海洋生态系统和微生物演化）提供了宝贵资源——GOMC 及相关蛋白质目录（GOPC），还强有力地证明，全球基因组数据可以被有效挖掘，以发现医学、生物技术和环境修复的实际解决方案。

在鉴定和验证新型基因编辑器、潜在抗生素和塑料降解酶方面的成功，凸显了海洋微生物组中蕴含的巨大、可获取的潜力。

💡 个人思考

这个项目起源于青岛分部成立之后，当时迫切需要开展海洋领域的基础性工作，特别是与数据库相关的工作。因此，我们启动了整理和总结海洋基因组学各个方面现有数据的工作。2018 年，我们汇编了植物、动物和微生物的总结，最终创建了海洋白皮书。这份文件不仅整合了当时可获得的公共基因组数据，还探索了海洋基因组学领域的潜在未来方向。

这篇论文的第一作者陈建威负责总结白皮书的微生物部分，因为他已经在华大领导环境宏基因组学研究。在他的领导下，团队全面收集和整理了公共数据库中的海洋微生物数据，创建了完整的数据集。他们进行了从头组装并重新推导了微生物的功能元件。后续工作涉及与合作伙伴合作进行数据挖掘和功能验证，最终通过共同努力促成了这篇论文的发表。

项目成功的关键在于利用大规模数据集，并在应对艰巨挑战时保持长期坚持。这种方法被证明对取得这些重大成果至关重要。

📄 发表详情

论文： Chen, J., Jia, Y., Sun, Y. et al. Global marine microbial diversity and its potential in bioprospecting. Nature (2024).
在线发表： 2024 年 9 月 4 日
DOI： 🔗 https://doi.org/10.1038/s41586-024-07891-2
数据与资源： 🌐 在 CNGBdb 交互式探索数据：https://db.cngb.org/maya/datasets/MDB0000002