中外聯(lián)合研究團隊解碼海洋微生物“基因寶藏”

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，由華大生命科學研究院參與的國際聯(lián)合研究團隊共同構建。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)。

 

這是記者9月5日從華大生命科學研究院舉行的“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及應用成果聯(lián)合發(fā)布會上獲悉的。相關研究成果已在4日的《自然》期刊發(fā)表。

 

 

圖為發(fā)表在《自然》期刊上的該成果部分內容。（受訪者供圖）

 

海洋微生物基因數(shù)據(jù)庫信息被刷新

 

記者從華大生命科學研究院了解到，這一聯(lián)合研究團隊由中國華大生命科學研究院及英國、丹麥等國家專家共同組成。研究團隊歷時五年，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)進行分析，構建了擁有超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特生境中首次發(fā)現(xiàn)。

 

華大生命科學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)境適應性及生態(tài)學研究提供了新機遇。

 

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天內對PET薄膜降解率達到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。”山東大學青島校區(qū)副校長李盛英說。

 

專家認為，這對解決塑料污染問題，尤其是中國實現(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“基因寶藏”助力多領域產業(yè)突破

 

范廣益表示，相關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”被譽為生命科學領域的革命性技術。這一基因編輯技術可以斷開DNA鏈條，對其進行改動，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，因此這一技術被形象地稱為“基因剪刀”。

 

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

 

其次，研究團隊鑒定了117個新型抗菌肽，并通過生物合成和實驗驗證發(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，未來有望開發(fā)出全新的抗生素或其他藥物。”李盛英說。

 

基于此成果，華大目前已聯(lián)合香港理工大學，成立香港理工大學—華大·全球深海資源基因組學和合成生物學聯(lián)合研究中心，實施進一步研發(fā)和產業(yè)化。

 

國際海洋微生物生態(tài)學研究專家穆拉特·埃倫認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)中挖掘生物技術與生物醫(yī)學相關的寶貴資源，指引了方向。”海洋微生物多樣性研究專家湯姆·德爾蒙說。

 

“這一研究標志著海洋宏基因組學領域的新高度，凸顯了海洋微生物在改善人類福祉和促進環(huán)境可持續(xù)發(fā)展上的關鍵作用。這些發(fā)現(xiàn)不僅為全球科學家對海洋的可持續(xù)探索和利用開辟了廣闊前景，也為未來生物技術和生物醫(yī)學研究奠定了基礎。”中國科學院院士楊煥明說。（記者吳書光、周昊瑾、王凱）