作者:Christopher Mason 来源:《细胞》 发布时间:2021/5/28 10:53:55
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全球微生物研究发现60个城市各有标志性微生物指纹

 

一个国际联盟报告了迄今为止规模最大的全球城市微生物宏基因组学研究结果。该项目从全球60个城市的公共交通系统和医院收集了样本,进行了测序和分析,并对所有已确定的微生物物种进行了全面注释,包括参考数据库中没有的数千种病毒和细菌以及两种古细菌。5月27日,相关论文刊登于Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell(《细胞》)。

“每个城市都有自己的微生物‘分子指纹’。”美国威尔康乃尔医学院教授、定量预测倡议组织WorldQuant 主任、论文通讯作者Christopher Mason表示,“如果你把鞋给我,我就能以90%的准确率说出你来自哪个城市。”

该结果基于来自六大洲的4728份样本,这些样本是在3年内采集的,表征了区域抗菌素耐药性标记,并绘制了世界上第一个系统性的城市微生物生态系统目录。除了不同城市具有不同微生物特征外,分析还揭示了31种核心微生物物种,这些物种在97%的样本中都有发现。研究人员确定了4246种已知的城市微生物,但还发现,任何后续的采样都可能继续发现以前从未见过的物种,这凸显了在城市环境中发现微生物多样性和生物功能的原始潜力。

该项目始于2013年,当时Mason收集和分析了美国纽约市地铁系统中的微生物样本。在Cell Systems上发表了第一个发现后,世界各地的研究人员开始联系他,他们想在自己的城市做类似研究。于是,Mason制定了一套收集样本方案,并在YouTube上发布了一段教学视频。

研究人员用不含DNA和RNA的棉签收集样本,并将样本以及阳性和阴性对照组送到WCM实验室进行分析。大部分序列的分析和组装都是在匹兹堡的极端科学和工程发现环境(XSEDE)超级计算机上完成的,这台超级计算机曾首次发现了10928种病毒和748种细菌。

2015年, Mason创建了国际MetaSUB(地铁与城市生物群落宏基因组学与元设计)联盟。该联盟现已扩展到收集空气、水和污水,以及硬质表面样本,并负责监督诸如每年6月21日举行的全球城市采样日等项目,并进行了广泛的研究,包括在2016年夏季奥运会前、期间和之后对里约热内卢的城市表面及其蚊子的全面微生物分析。另一个项目于2020年启动,重点调查新冠病毒和其他冠状病毒在家猫中的流行情况,他们还计划为2021年日本东京奥运会开展一个项目。

这项新研究对检测已知和未知的微生物感染暴发,以及研究不同城市环境中耐抗生素微生物的流行情况具有意义。它还有助于得到微生物生命进化的新发现。MetaSUB联盟瑞士研究人员Andre Kahles和Gunnar Rätsch发布了一个全球DNA序列门户网站(MetaGraph),该网站索引了所有已知的基因序列(包括MetaSUB数据),并将已知或新发现的基因元素映射到它们在地球上的位置,有助于发现新的微生物相互作用和功能。

“地球上有无数物种,但我们此时只有10万到20万个完整、坚实的基因组参考数据。”Mason说,新物种的发现有助于建立微生物系谱,了解不同物种间的联系。

这些发现也有许多潜在的实际应用。“根据目前收集到的序列数据,我们已经发现了80多万种新的CRISPR序列。”他说。此外,这些发现表明,生物合成基因簇(BGC)注释的新抗生素和小分子有望推动药物开发。

“下一步是合成和验证其中一些分子,并预测BGC,然后看看它们在医学上或治疗上有什么作用。”Mason说,“人们常常认为雨林蕴藏着丰富的生物多样性和可用于治疗的新分子,但地铁栏杆或长椅上也是如此。”(来源:科学网 唐一尘)

相关论文信息:DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2021.05.002

 
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