12000新物种的发现微生物同时编目地球的微生物

尽管测序技术和计算方法的进步在过去的十年中,研究人员发现基因组仅为地球微生物多样性的一小部分。因为大多数微生物不能在实验室条件下培养,其基因组不能使用传统测序方法。识别和描述地球的微生物多样性是理解角色的关键微生物在调节营养周期,以及获得洞察潜在应用他们可能在一个广泛的研究领域。

52515年公共存储库微生物基因组草案来自世界各地的环境样品,扩大已知的细菌和古菌多样性44%,现在可以和描述11月9日在《自然生物技术》2020。被称为宝石(从地球的微生物基因组)目录,这项工作的结果从一个涉及200多名科学家合作,美国能源部(DOE)的研究人员联合基因组研究所(变得),美国能源部科学办公室用户设施位于劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和美国能源部系统生物学知识库(KBase)。

微生物群落的宏基因组研究环境样品无需分离生物个体,使用各种方法来处理,测序和分析。bet188真人“使用了一种叫做metagenome装箱,我们能够重建成千上万metagenome-assembled(杂志)直接从基因组测序环境样品,而不需要在实验室里培养微生物,”斯蒂芬•Nayfach指出该研究的第一作者和研究科学家Nikos Kyrpides的微生物科学组的数据。“让这项研究真正脱颖而出先前的努力是卓越的环境样品分析的多样性。”

的负责人Emiley Eloe-Fadrosh变得Metagenome程序和该研究的资深作者阐述了Nayfach的言论。“这项研究旨在涵盖范围最广泛、最多样化的样本和环境,包括自然和农业土壤,人类和动物寄主,海洋和其他水生环境——这很了不起。”

增加价值以外的基因组序列

产生的大部分数据已经从环境样品测序变得更通过社会科学项目和已经变得更综合微生物基因组和微生物(IMG / M)平台。Eloe-Fadrosh指出,这是一个很好的例子,“大数据”挖掘更深层次的了解,提高数据的值通过数据公开。

承认的努力调查人员所做的抽样,Eloe-Fadrosh伸出超过200世界各地的研究人员依照变得数据使用政策。“我觉得重要的是要承认的重大努力从这些样本收集和提取DNA,其中许多来自独特的,难以访问环境,并邀请这些研究合著者作为IMG数据联盟的一部分,”她说。

使用这个庞大的数据集,Nayfach集群杂志分成18000个候选物种组,70%的小说在500000年相比现有的基因组。“在生命之树,它的许多不文明的血统只由杂志,”他说。“虽然这些草案基因组是不完美的,他们仍然可以揭示了很多关于无教养的微生物的生物学和多样性。”

团队的研究工作在多个分析利用基因组库,和IMG / M团队开发了几个更新和特性开采宝石目录。(看这个IMG研讨会Metagenome垃圾箱了解更多信息。)一组数据集开采次生代谢物的新颖的次生代谢产物生物合成基因簇(bgc),增加这些bgc IMG / ABC(生物合成基因簇的阿特拉斯)31%。(听这个变得更自然Prodcast集基因组挖掘。)Nayfach还参与了另一个团队的预测所有病毒宿主病毒联系在IMG / VR(病毒)和宝石目录,将81000 - 70%的病毒没有关联到一个主机,23000杂志。

建模宏基因组研究的新路径

建筑在这些资源、KBase、多机构研究协作知识创造和发现环境为生物学家和bioinformaticians设计,开发代谢模型成千上万的杂志。现在可以使用模型在公共叙事,它提供了可共享的,可再生的工作流。“新陈代谢建模是孤立的常规分析基因组,但是没有不文明的微生物,在量表”Eloe-Fadrosh说,“我们觉得与KBase合作会增加价值超越了集群和分析这些杂志。

“只是将这个数据集引入KBase具有直接价值,因为人们可以找到高质量的杂志和使用它们来通知未来分析,”何塞·p·法利说,KBase计算生物学家阿贡国家实验室。“构建代谢模型的过程很简单:你选择一个基因组或杂志和按下一个按钮来构建一个模型从我们的数据库之间映射的生化反应和注释。我们看看注释在基因组和由此产生的模型来评估生物体的代谢能力。”(看这个KBase研讨会对代谢建模)。

KBase用户参与领导以利沙Wood-Charlson补充说,通过展示的代谢模型产生的宝石数据集,宏基因组研究人员可能会考虑分支到这个空间。“大多数宏基因组研究人员可能不愿意进入一个全新的研究领域(新陈代谢建模),但他们可能感兴趣的生物化学如何影响他们的工作。基因组学社区现在可以探索使用KBase新陈代谢容易建模的路径从基因组或杂志,可能没有被认为是,”她说。

为促进社区资源的研究

考斯塔斯Konstantinidis乔治亚理工学院的作者之一的数据目录的一部分,“我不认为有许多机构可以做这种大规模宏基因组和大规模分析的能力。本研究之美是在这种规模,各个实验室无法完成,它给了我们新的见解微生物多样性和功能。”

他已经设法利用目录在他自己的研究微生物如何应对气候变化。“有了这个数据集找到我可以看到每一个微生物,是多么丰富。这是非常有用的对我的工作和其他人做类似的研究。扩大“此外,他感兴趣的多样性的参考数据库发展称为微生物基因组图谱,以便更健壮的分析通过添加杂志。

“这是一个很好的资源为社区,“Konstantinidis补充道。“这是一个数据集,将促进更多的研究之后。我希望变得和其他机构继续做这类项目。”

参考
Nayfach年代,Roux年代,瑟哈德里R, et al。地球的微生物的基因组目录。自然生物技术。11月9日在线发表2020:1-11。doi:10.1038 / s41587 - 020 - 0718 - 6

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