文章转自：《微生物生态iMcro》
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海洋微生物在全球的生物地球化学循环和生态过程中起着至关重要的作用，它们的细胞数量预计达到10^29个，并且表现出广泛的分类学和代谢多样性。海洋微生物可以快速适应环境变化，因而对全球生态系统的健康和稳定至关重要。
近年来，随着测序技术的进步，研究者能够从海洋环境中获取大量微生物基因组。然而，尽管在海洋基因组学领域取得了显著进展，如何将这些丰富的基因组多样性转化为生物技术和生物医学应用仍然是一个挑战。现有的海洋基因组研究大多集中于微生物的分类学多样性和生态功能，而对其功能多样性、尤其是其潜在的应用价值的研究仍然较少。文章提到，之前的诸如全球海洋取样计划（Global Ocean Sampling，GOS）和塔拉海洋远征（Tara Oceans Expedition）等标志性项目，极大地扩展了人们对海洋微生物资源的理解，但这些研究大多未能系统性地验证这些基因组在生物技术中的实际应用潜力。此外，部分研究虽然在微生物代谢途径上有初步发现（例如抗菌肽和塑料降解酶的发现），但缺乏全面的实验数据来验证这些基因在实际应用中的有效性。因此，本文旨在通过分析全球海洋宏基因组数据，系统地探索海洋微生物的多样性，特别是在极地和深海等难以研究的生态系统中。研究采用了基因组解析宏基因组学和深度学习的计算方法，结合实验验证，探索这些海洋微生物基因组在生物勘探中的潜力，从而为未来的生物技术和生物医学应用提供新的资源和方向。海洋微生物基因组的全球规模测序：文章通过分析公共数据库中可获取的海洋宏基因组数据，回收了43,191个细菌和古菌基因组，涵盖了广泛的多样性，涉及138个不同的门类。这些基因组标志着海洋细菌基因组规模的上限，并揭示了CRISPR-Cas系统与抗生素抗性基因之间的复杂权衡关系。新型CRISPR-Cas9系统的发现：通过生物信息学分析和实验验证，研究团队发现并确认了一个新型CRISPR-Cas9系统。该系统在实验中展示了其在体外的有效性，表现出良好的基因编辑能力。抗菌肽和酶的发现：研究通过深度学习和实验，发现了十种新型抗菌肽和三种能够降解聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的酶。这些发现通过体外实验验证，表明这些抗菌肽对多种病原体有效，而这些PET酶则展示了显著的塑料降解能力，特别是在盐度较高的条件下表现出更高的催化活性。海洋微生物多样性的生物勘探潜力：文章强调，全球范围内的海洋微生物基因组测序为理解海洋微生物多样性的进化和维持提供了关键线索，并展示了如何通过这些研究推动生物技术和生物医学应用的可持续开发。总之，文章展示了海洋微生物在生物技术和医学应用方面的巨大潜力，并且通过结合计算与实验手段，揭示了海洋微生物多样性的丰富性及其潜在的应用价值。![]()
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Chen, J., Jia, Y., Sun, Y. et al. Global marine microbial diversity and its potential in bioprospecting. Nature 633, 371–379 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07891-2
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