扩大知识的病毒的多样性
微生物的数量,在和周围的行星——的nonillion,或1030.——据估计,超过银河系的星星。已知微生物起着至关重要的作用在调节碳固定,以及维护全球周期包括氮、硫、磷和其他营养物质,但大部分人仍未耕作的和未知的。美国能源部(DOE)是针对这个“暗物质微生物”,以更好地了解地球的微生物多样性和收集来自大自然的教训可以应用到能源和环境挑战。
管道地球的微生物多样性,需要学习更多关于研究很少微生物和病毒感染之间的关系,影响微生物的病毒全球周期调节的能力。虽然病毒的数量估计至少两个数量级比地球上微生物细胞,目前不到2200测序DNA病毒基因组,大约50000个细菌基因组相比,在序列数据库中。在8月17日在线发表的一项研究中,2016年自然,研究人员在美国能源部联合基因组研究所(变得),美国能源部科学办公室用户设备在劳伦斯伯克利国家实验室,利用最大的组装宏基因组数据集收集来自世界各地发现超过125000部分,完整的病毒基因组,他们中的大多数感染细菌。这一努力增加了已知的病毒基因的16倍,并为研究人员提供了一个独特的病毒序列信息的资源。
“这是第一次有人看系统所有栖息地和大纲要的数据,”说研究高级作者和能源部变得原核生物头Nikos Kyrpides超级计划。“发现所有这些新的病毒的关键是敏感的计算方法我们已经开发出沿着这工作。”
“发现新病毒的关键”
方法,解释了第一作者和博士后研究员大卫·Paez-Espino涉及使用一道宏基因组方法,引用两个手动隔离病毒和策划病毒蛋白质模型,他描述为“迄今为止最大和最多样化的数据集。“团队分析了超过5万亿个基地中可用的序列(Terabases或结核病)能源部变得更综合微生物与微生物基因组样本(IMG / M)系统收集来自世界各地的3042个样本来自10个不同的生境类型。努力筛选数据集产生了超过125000的名副其实的干草堆病毒序列包含279万个蛋白质。
在多个团队匹配病毒序列在多个样本的栖息地。举个例子,一个病毒组他们发现95%的样本中发现了海洋的边缘地带——一个地区位于200至1000米的海洋表面不够阳光穿透微生物进行光合作用。
通过分析CRISPR-Cas系统-免疫机制在细菌抵抗外来基因元素通过合并短序列从感染病毒和噬菌体的团队能够生成一个数据库350万年IMG间隔序列。这些间隔器,噬菌体基因序列片段聘请的主机,然后可以用来探索病毒和噬菌体基因组片段可能最初来自哪里。团队主要使用这种方法,计算确定了近10000病毒的宿主。“多数的这些连接都是未知的,包括生物的识别作为病毒主机从16原核的门没有病毒之前被确认,”他们报道。
灯塔CRISPR-Cas蛋白质
能源部主管Jan-Fang程变得功能基因组学,说这项工作由Kyrpides小组在确定新的病毒序列合成生物学将帮助集团开发新颖的推广者,可以在许多细菌宿主。“我们不断寻找监管DNA部分将工作在许多不同的类群,这将使我们能够构建基因和通路,可以表达很多不同的主机上。”
程还预期,产生的病毒序列空间扩大Kyrpides队将允许研究人员寻找其他基因序列被称为proto-spacer相邻图案(PAMs)。这些序列躺旁边间隔序列在噬菌体和作为灯塔CRISPR-Cas蛋白质,触发动作,如编辑或调节基因。“人们寻找新的PAM序列和新Cas9s,和这个新的信息,如果你能将间隔序列映射回相同的噬菌体和对齐,看看有什么共同点在邻近序列,然后你可以ID新的PAM序列。”
“我们相信,许多大型噬菌体的发现,包括迄今为止最长的噬菌体基因组报告指出传统virome浓缩和测序策略的局限性可能偏见对高新型病毒的研究与不同寻常的特性”,表示纳塔莉亚·伊万诺娃集团在超级计划和本研究的作者之一。
“这项研究的最重要的一个方面是,我们没有关注一个栖息地类型。相反,我们探讨了全球virome和检查所有生态系统,病毒的流动“Kyrpides说。“我们有病毒序列的数量增加了50 x,和99%的病毒的家庭并不确定,任何先前测序病毒密切相关。这提供了大量的新数据将更详细地研究了在未来几年。我们已经增加了一倍以上的微生物类群的数量作为东道主病毒,并创造了第一个全球病毒分布地图。分析和发现,我们预计的数量将跟随这个数据集不能被夸大了。”
