中外聯合研究團隊解碼海洋微生物“基因寶藏”

2024-09-14 09:05:26 來源：光明網

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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據庫，由華大生命科學研究院參與的國際聯合研究團隊共同構建。這一數據庫中有2萬多個微生物是新發現物種，約1萬個微生物在深海中首次被發現。

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合發布會上獲悉的。相關研究成果已在4日的《自然》期刊發表。

海洋微生物基因數據庫信息被刷新

記者從華大生命科學研究院了解到，這一聯合研究團隊由我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據進行分析，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據庫。

據介紹，這一數據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系統的信息，是已報道海洋基因組數據庫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現物種，近1萬個微生物為在深海獨特生境中首次發現。

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境中分布提供了新視角，為海洋微生物演化、環境適應性及生態學研究提供了新機遇。

發現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現了3個深海來源的高活性新型嗜鹽PET塑料降解酶。研究發現，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。”山東大學青島校區副校長李盛英說。

專家認為，這對解決塑料污染問題，尤其是我國實現PET塑料的綠色低碳可持續利用，減少塑料制造工業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、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，并挖掘出了一個具有潛在應用價值的新型編輯系統，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，研究團隊鑒定了117個新型抗菌肽，并通過生物合成和實驗驗證發現其中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合研究中心，實施進一步研發和產業化。

國際海洋微生物生態學研究專家穆拉特·埃倫認為這一項目很好地證明了海洋微生物的無限可能，“為在海量基因組數據中挖掘生物技術與生物醫學相關的寶貴資源，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境可持續發展上的關鍵作用。這些發現不僅為全球科學家對海洋的可持續探索和利用開辟了廣闊前景，也為未來生物技術和生物醫學研究奠定了基礎。”中國科學院院士楊煥明說。