微生物多样性图谱：研究发现，42%的细菌缺乏基因组数据

美国能源部（DOE）联合基因组研究所（JGI）的研究人员，位于伯克利实验室的DOE科学用户设施办公室，在《科学进展》上发表了一项研究，评估了微生物基因组生物多样性的现状。他们的研究利用过去三十年中产生的公开可用的基因组序列数据，评估了我们所知道的微生物多样性的一部分，并提出了一条管理和培养未知微生物的前进道路

“我们深入研究了180多万个细菌和古细菌基因组，以了解我们实际捕获了多少它们的多样性，”共同第一作者、JGI微生物组数据科学小组功能注释团队成员吴东英说。“事实证明，尽管我们已经测序了所有的基因组，但我们只是触及了表面。”共同第一作者Rekha Seshadri补充道，这项研究为复兴实践微生物学和实验验证艺术敲响了警钟

微生物主宰着世界，在调节全球营养循环中发挥着关键作用。从了解微生物、宿主及其环境之间的相互作用中获得的信息可以应用于多个研究领域，包括农业、生物燃料和生物制品以及医学。通过30年的测序数据，由吴、塞沙德里、尼科斯·基尔皮德斯和娜塔莉亚·伊万诺娃组成的团队对公开可用的细菌和古细菌序列进行了普查。Kyrpides领导着JGI的微生物组数据科学小组，Ivanova领导着功能注释团队

MAGs显著扩大了细菌和古菌的估计多样性

由于系统发育多样性是生物多样性的代表性指标，他们在近200万个基因组上使用了五个普遍保守的蛋白质编码标记基因，包括分离物、代表潜在基因组的质量分数不同的宏基因组组装基因组（MAGs）和近44000个宏基因组。所有数据均可在国家生物技术信息中心（NCBI）GenBank集合和JGI的综合微生物基因组和微生物组（IMG/M）数据库中公开

在他们的分析中，研究小组发现细菌分离物基因组占可用数据集总估计多样性的9.73%。多年来，通过直接从环境样本中提取数据来恢复MAGs的努力大大扩大了微生物基因组的已知多样性，占估计细菌多样性总数的近49%。该团队保守估计，大约42%的细菌多样性在公共数据库中没有基因组表示

在过去的几十年里，测序技术的进步使全球研究界获得了大量的微生物基因组。在对古细菌的类似分析中，研究小组发现，分离基因组仅占6.55%，而MAGs约占可用数据集估计多样性的57%。这使得36%的古生菌多样性没有基因组代表性

Seshadri说：“当谈到分离基因组数据时，这是我们现实世界的试金石，我们只是在抓众所周知的培养皿。”。“这提醒我们培养新微生物物种的紧迫性。”

《理解微生物世界的目标探索》

通讯作者Ivanova说，JGI继续沿着增加细菌和古细菌多样性的基因组代表性的方向努力，揭示未知的微生物空间。尽管MAGs显著扩大了数据集中微生物基因组的已知多样性，但该团队补充说，这些信息仍然是计算得出的。需要对栽培分离物进行实验研究，将潜在的影响转化为应用科学，为可持续的生物经济做出贡献

Seshadri补充道：“虽然计算得出的MAGs是微生物学的革命性工具，但这是一个平衡的呼吁。”她指出，这项研究中使用的宏基因组数据集可以帮助研究人员提高回收特定分离物种进行培养的机会。“我们已经画出了藏宝图，”她说。“基本上，我们可以专门指向人们可以去的环境样本，并将时间和精力重新投入到恢复中。”