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前沿科普 | 中外聯(lián)合研究團(tuán)隊解碼海洋微生物“基因?qū)毑亍?

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擁有超4.31萬個海洋微生物基因組和24.58億個基因序列的海洋微生物基因數(shù)據(jù)庫,由華大生命科學(xué)研究院參與的國際聯(lián)合研究團(tuán)隊共同構(gòu)建。這一數(shù)據(jù)庫中有2萬多個微生物是新發(fā)現(xiàn)物種,約1萬個微生物在深海中首次被發(fā)現(xiàn)。

9月5日,華大生命科學(xué)研究院舉行“千種海洋生物基因測序項目”成果暨全球海洋微生物基因庫建設(shè)及應(yīng)用成果聯(lián)合發(fā)布會相關(guān)研究成果已在4日的《自然》期刊發(fā)表。

海洋微生物基因數(shù)據(jù)庫信息

被刷新

據(jù)了解,這一聯(lián)合研究團(tuán)隊由我國華大生命科學(xué)研究院及英國、丹麥等國家專家共同組成。研究團(tuán)隊歷時五年,通過對目前已公開的接近240TB海洋微生物宏基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,構(gòu)建了擁有超4.31萬個海洋微生物基因組和24.58億個基因序列的海洋微生物基因數(shù)據(jù)庫。

據(jù)介紹,這一數(shù)據(jù)庫包含從南極到北極、從近海到深遠(yuǎn)海、從表層海洋到萬米超深淵等海洋生態(tài)系統(tǒng)的信息,是已報道海洋基因組數(shù)據(jù)庫Tara Ocean的3倍、蛋白序列庫的60倍。其中,2萬多個微生物是新發(fā)現(xiàn)物種,近1萬個微生物為在深海獨(dú)特生境中首次發(fā)現(xiàn)。

圖為發(fā)表在《自然》期刊上的該成果部分內(nèi)容。(受訪者供圖)

華大生命科學(xué)研究院分院院長范廣益表示,此研究極大拓寬了對海洋古菌、海洋細(xì)菌等海洋微生物多樣性的理解,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,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。發(fā)現(xiàn)3個

高活性新型嗜鹽PET塑料降解酶

塑料污染是全球性難題,研究團(tuán)隊此次研究發(fā)現(xiàn)了3個深海來源的高活性新型嗜鹽PET塑料降解酶。研究發(fā)現(xiàn),這種降解酶3天內(nèi)對PET薄膜降解率達(dá)到83%,是已報道的IsPETase塑料降解酶活性的44倍。

“一克這種降解酶就可以降解55個500毫升塑料礦泉水瓶。”山東大學(xué)青島校區(qū)副校長李盛英說。

專家認(rèn)為,這對解決塑料污染問題,尤其是我國實(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)對石油的依賴和碳排放起到積極作用。

解碼“基因?qū)毑亍?/strong>

助力多領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)突破

范廣益表示,相關(guān)研究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,將原本默默無聞的“滄海遺珠”打磨成“滄海明珠”。

“基因剪刀”被譽(yù)為生命科學(xué)領(lǐng)域的革命性技術(shù)。這一基因編輯技術(shù)可以斷開DNA鏈條,對其進(jìn)行改動,然后重新連接,就像人們寫作時編輯文字那樣。由于對DNA鏈條有剪斷操作,因此這一技術(shù)被形象地稱為“基因剪刀”。

“在本次研究中,研究團(tuán)隊鑒定出了36個新型基因編輯系統(tǒng),并挖掘出了一個具有潛在應(yīng)用價值的新型編輯系統(tǒng),將為我國在基因編輯工具的使用上帶來更多選擇。”范廣益說。

其次,研究團(tuán)隊鑒定了117個新型抗菌肽,并通過生物合成和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)其中10個具有顯著抗菌活性及廣譜抗菌效果,為抗生素耐藥性難題提供了新的解決方案。

“抗菌肽是具有抗菌活性的多肽物質(zhì),未來有望開發(fā)出全新的抗生素或其他藥物?!崩钍⒂⒄f。

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)為這一項目很好地證明了海洋微生物的無限可能,“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?!焙Q笪⑸锒鄻有匝芯繉<覝贰さ聽柮烧f。

“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)家對海洋的可持續(xù)探索和利用開辟了廣闊前景,也為未來生物技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)?!敝袊茖W(xué)院院士楊煥明說。