探秘海洋微生物基因?qū)殠?kù)：開(kāi)啟未來(lái)科技新征程

作者段躍初黃艷紅黃湘紅

在廣袤無(wú)垠的海洋中，隱藏著無(wú)數(shù)不為人知的奧秘。近日，一個(gè)由華大生命科學(xué)研究院參與的國(guó)際聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，共同構(gòu)建了擁有超 4.31 萬(wàn)個(gè)海洋微生物基因組和 24.58 億個(gè)基因序列的海洋微生物基因數(shù)據(jù)庫(kù)，猶如一把鑰匙，為我們打開(kāi)了海洋微生物世界的神秘大門。這一重大成果于 9 月 4 日在《自然》期刊發(fā)表，引起了全球科學(xué)界的高度關(guān)注。

9 月 5 日，從華大生命科學(xué)研究院舉行的“千種海洋生物基因測(cè)序項(xiàng)目”成果暨全球海洋微生物基因庫(kù)建設(shè)及應(yīng)用成果聯(lián)合發(fā)布會(huì)上，我們獲悉了更多關(guān)于這個(gè)驚人數(shù)據(jù)庫(kù)的信息。

海洋，占據(jù)了地球表面積的約 71%，是生命的搖籃。海洋微生物作為海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，雖然微小，卻蘊(yùn)含著巨大的能量。這個(gè)新構(gòu)建的海洋微生物基因數(shù)據(jù)庫(kù)包含了從南極到北極、從近海到深遠(yuǎn)海、從表層海洋到萬(wàn)米超深淵等海洋生態(tài)系統(tǒng)的豐富信息，其規(guī)模是已報(bào)道海洋基因組數(shù)據(jù)庫(kù) Tara Ocean 的 3 倍、蛋白序列庫(kù)的 60 倍。其中，令人振奮的是，有 2 萬(wàn)多個(gè)微生物是新發(fā)現(xiàn)物種，約 1 萬(wàn)個(gè)微生物在深海中首次被發(fā)現(xiàn)。

華大生命科學(xué)研究院分院院長(zhǎng)范廣益表示，此研究極大拓寬了對(duì)海洋古菌、海洋細(xì)菌等海洋微生物多樣性的理解。通過(guò)對(duì)目前已公開(kāi)的接近 240TB 海洋微生物宏基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，歷時(shí)五年，研究團(tuán)隊(duì)精心構(gòu)建了這個(gè)寶貴的數(shù)據(jù)庫(kù)。它為我們解析并繪制了全球海洋微生物群落的生物地理分布模式，為理解微生物如何在不同環(huán)境中分布提供了新視角，也為海洋微生物演化、環(huán)境適應(yīng)性及生態(tài)學(xué)研究提供了新機(jī)遇。

在這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的眾多發(fā)現(xiàn)中，有一項(xiàng)成果尤為引人注目——研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了 3 個(gè)深海來(lái)源的高活性新型嗜鹽 PET 塑料降解酶。塑料污染是當(dāng)今全球性的難題，給環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力。而這種新型降解酶 3 天內(nèi)對(duì) PET 薄膜降解率達(dá)到 83%，是已報(bào)道的 IsPETase 塑料降解酶活性的 44 倍。山東大學(xué)青島校區(qū)副校長(zhǎng)李盛英介紹說(shuō)：“一克這種降解酶就可以降解 55 個(gè) 500 毫升塑料礦泉水瓶?！边@一發(fā)現(xiàn)對(duì)解決塑料污染問(wèn)題，尤其是我國(guó)實(shí)現(xiàn) PET 塑料的綠色低碳可持續(xù)利用，減少塑料制造工業(yè)對(duì)石油的依賴和碳排放起到了積極作用。

此外，相關(guān)研究還揭示了海洋微生物多樣性及其在新型基因編輯系統(tǒng)、抗菌肽等微生物功能勘探中的巨大潛力?！盎蚣舻丁北蛔u(yù)為生命科學(xué)領(lǐng)域的革命性技術(shù)，在本次研究中，研究團(tuán)隊(duì)鑒定出了 36 個(gè)新型基因編輯系統(tǒng)，并挖掘出了一個(gè)具有潛在應(yīng)用價(jià)值的新型編輯系統(tǒng)。這將為我國(guó)在基因編輯工具的使用上帶來(lái)更多選擇。

同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還鑒定了 117 個(gè)新型抗菌肽，并通過(guò)生物合成和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)其中 10 個(gè)具有顯著抗菌活性及廣譜抗菌效果?？咕氖蔷哂锌咕钚缘亩嚯奈镔|(zhì)，未來(lái)有望開(kāi)發(fā)出全新的抗生素或其他藥物，為抗生素耐藥性難題提供新的解決方案。

基于此成果，華大目前已聯(lián)合香港理工大學(xué)，成立香港理工大學(xué)—華大·全球深海資源基因組學(xué)和合成生物學(xué)聯(lián)合研究中心，實(shí)施進(jìn)一步研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。國(guó)際海洋微生物生態(tài)學(xué)研究專家穆拉特·埃倫認(rèn)為這一項(xiàng)目很好地證明了海洋微生物的無(wú)限可能，為在海量基因組數(shù)據(jù)中挖掘生物技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)相關(guān)的寶貴資源指引了方向。海洋微生物多樣性研究專家湯姆·德?tīng)柮梢脖硎荆@一研究標(biāo)志著海洋宏基因組學(xué)領(lǐng)域的新高度，凸顯了海洋微生物在改善人類福祉和促進(jìn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展上的關(guān)鍵作用。

中國(guó)科學(xué)院院士楊煥明更是高度評(píng)價(jià)了這一研究成果：“這一研究標(biāo)志著海洋宏基因組學(xué)領(lǐng)域的新高度，凸顯了海洋微生物在改善人類福祉和促進(jìn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展上的關(guān)鍵作用。這些發(fā)現(xiàn)不僅為全球科學(xué)家對(duì)海洋的可持續(xù)探索和利用開(kāi)辟了廣闊前景，也為未來(lái)生物技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)?！?/p>

海洋微生物基因數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，是人類對(duì)海洋探索的又一重大里程碑。它讓我們更加深入地了解了海洋微生物的多樣性和巨大潛力，為解決全球性難題提供了新的思路和方法。未來(lái)，隨著對(duì)海洋微生物基因?qū)殠?kù)的不斷挖掘，我們相信，將會(huì)有更多的驚喜等待著我們，為人類的發(fā)展和進(jìn)步帶來(lái)更多的福祉。