中外联合研究团队解码海洋微生物“基因宝藏”

2024-09-14 09:05:26 来源：光明网

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拥有超4.31万个海洋微生物基因组和24.58亿个基因序列的海洋微生物基因数据库，由华大生命科学研究院参与的国际联合研究团队共同构建。这一数据库中有2万多个微生物是新发现物种，约1万个微生物在深海中首次被发现。

这是记者9月5日从华大生命科学研究院举行的“千种海洋生物基因测序项目”成果暨全球海洋微生物基因库建设及应用成果联合发布会上获悉的。相关研究成果已在4日的《自然》期刊发表。

海洋微生物基因数据库信息被刷新

记者从华大生命科学研究院了解到，这一联合研究团队由我国华大生命科学研究院及英国、丹麦等国家专家共同组成。研究团队历时五年，通过对目前已公开的接近240TB海洋微生物宏基因组数据进行分析，构建了拥有超4.31万个海洋微生物基因组和24.58亿个基因序列的海洋微生物基因数据库。

据介绍，这一数据库包含从南极到北极、从近海到深远海、从表层海洋到万米超深渊等海洋生态系统的信息，是已报道海洋基因组数据库Tara Ocean的3倍、蛋白序列库的60倍。其中，2万多个微生物是新发现物种，近1万个微生物为在深海独特生境中首次发现。

华大生命科学研究院分院院长范广益表示，此研究极大拓宽了对海洋古菌、海洋细菌等海洋微生物多样性的理解，解析并绘制了全球海洋微生物群落的生物地理分布模式，为理解微生物如何在不同环境中分布提供了新视角，为海洋微生物演化、环境适应性及生态学研究提供了新机遇。

发现3个高活性新型嗜盐PET塑料降解酶

塑料污染是全球性难题，研究团队此次研究发现了3个深海来源的高活性新型嗜盐PET塑料降解酶。研究发现，这种降解酶3天内对PET薄膜降解率达到83%，是已报道的IsPETase塑料降解酶活性的44倍。

“一克这种降解酶就可以降解55个500毫升塑料矿泉水瓶。”山东大学青岛校区副校长李盛英说。

专家认为，这对解决塑料污染问题，尤其是我国实现PET塑料的绿色低碳可持续利用，减少塑料制造工业对石油的依赖和碳排放起到积极作用。

解码“基因宝藏”助力多领域产业突破

范广益表示，相关研究揭示了海洋微生物多样性及其在新型基因编辑系统、抗菌肽等微生物功能勘探中的巨大潜力，将原本默默无闻的“沧海遗珠”打磨成“沧海明珠”。

“基因剪刀”被誉为生命科学领域的革命性技术。这一基因编辑技术可以断开DNA链条，对其进行改动，然后重新连接，就像人们写作时编辑文字那样。由于对DNA链条有剪断操作，因此这一技术被形象地称为“基因剪刀”。

“在本次研究中，研究团队鉴定出了36个新型基因编辑系统，并挖掘出了一个具有潜在应用价值的新型编辑系统，将为我国在基因编辑工具的使用上带来更多选择。”范广益说。

其次，研究团队鉴定了117个新型抗菌肽，并通过生物合成和实验验证发现其中10个具有显著抗菌活性及广谱抗菌效果，为抗生素耐药性难题提供了新的解决方案。

“抗菌肽是具有抗菌活性的多肽物质，未来有望开发出全新的抗生素或其他药物。”李盛英说。

基于此成果，华大目前已联合香港理工大学，成立香港理工大学—华大·全球深海资源基因组学和合成生物学联合研究中心，实施进一步研发和产业化。

国际海洋微生物生态学研究专家穆拉特·埃伦认为这一项目很好地证明了海洋微生物的无限可能，“为在海量基因组数据中挖掘生物技术与生物医学相关的宝贵资源，指引了方向。”海洋微生物多样性研究专家汤姆·德尔蒙说。

“这一研究标志着海洋宏基因组学领域的新高度，凸显了海洋微生物在改善人类福祉和促进环境可持续发展上的关键作用。这些发现不仅为全球科学家对海洋的可持续探索和利用开辟了广阔前景，也为未来生物技术和生物医学研究奠定了基础。”中国科学院院士杨焕明说。