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海洋占地球表面积70%以上，蕴含的微生物资源尚未得到充分开发。近年来，海洋探采技术、高通量测序技术以及宏基因组学研究迅速发展，海洋微生物测序数据呈爆炸式增长，海洋微生物功能基因的开发应用有望取得重大突破。2024年9月，Nature期刊在线最新发表了一篇迄今最完整的海洋微生物数据库——GOMC，该数据库包含了超过4.31万个海洋微生物基因组和24.58亿个基因序列。免费访问地址：https://db.cngb.org/maya/。![]()
图1 数据库主页面
研究者从24,395个公开的海洋宏基因组中收集了237.02 Tb的序列数据，覆盖了从极地到赤道、从海洋表面到深海沟的广泛海洋环境。基于这些宏基因组数据，重建了43,191个中/高质量的宏基因组组装基因组（MAGs），其平均完整性为82.33%，污染度为1.79%，其中，20,295个MAGs为潜在新发现物种。为了提供一个详尽的海洋微生物基因组目录，研究者进一步整合了其他数据库（OMD4、OceanDNA6和NCBI）的海洋微生物基因组数据，得到一个包含 24,195个基因组的非冗余目录——GOMC。![]()
图2 数据库构建流程图
GOMC数据库大大提升了人们对海洋微生物的认知，本研究进一步分析了海洋微生物基因的功能。利用深度学习算法对其进行挖掘，发现了多项具有应用潜力的基因资源。
CRISPR-Cas9系统被誉为生命科学领域的革命性技术。本研究鉴定到了36个新型CRISPR-Cas9基因编辑系统，并挖掘出了一个具有潜在应用价值的新型Cas9编辑系统（Om1Cas9），助力我国基因编辑技术进一步发展。研究团队鉴定到117个新型抗菌肽，并通过生物合成和实验验证发现其中10个抗菌肽具有显著抗菌活性及广谱抗菌效果，为抗生素耐药性难题提供新的解决方案。
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图3 生物合成基因簇和AMP的鉴定
海洋中的塑料污染是一个日益严重的全球性问题。根据联合国环境规划署的估计，目前海洋中塑料的总量在7500万至2亿吨之间，这些塑料垃圾不仅影响海洋生态系统，还对人类健康构成威胁。团队发掘了3个深海来源的高活性新型嗜盐PET塑料降解酶，3天内对PET薄膜降解率达到83%，其活性是已报道的塑料降解酶活性的44倍。为PET塑料降解提供新的方向，将助力我国实现PET塑料的绿色低碳可持续利用。![]()
本研究通过对发表的海洋宏基因组数据进行重分析，整合现有的数据库得到迄今为止最大的海洋微生物数据库，并进一步挖掘了基因功能。解析了全球海洋微生物群落的生物地理分布，为理解微生物在不同海洋环境中的遗传连通性提供了新的视角。![]()
凌恩生物专注于数据库研究工作，提供个性化数据库的构建、挖掘，从2014年至今，已协助客户发表多篇数据库文章（数据库客户案例：每个物种都需要一个数据库！）。从公共数据的下载、整合、重分析、数据库网站构建，凌恩生物为您提供一整套服务，所以，您和Nature之前就差一个电话：13032137192！凌恩生物，期待您的来电~Global marine microbial diversity and its potential in bioprospecting. Nature, 2024
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