微生物多样性研究

在高通量测序的大力推动和快速发展下，微生物组学研究进入到了多组学的时代。为更好满足科研人员多组学联合分析需求，美格基因基于科研需求及以往项目经验，全新推出微生物组+代谢组联合分析解决方案，克服单一组学研究局限性，多角度解释科学问题！本期分享几篇微生物组+代谢组多组学应用案例，为大家提供微生物组+代谢组多组学研究思路。肠道微生物菌群与人类免疫细胞动力学有关原名：The gut microbiota is associated with immune cell dynamics in humans译名：肠道微生物菌群与人类免疫细胞动力学有关期刊：NatureIF：42.778发表时间：2020.11.25DOI号：10.1038/s41586-020-2971-8研究方法：16S+宏基因组+代谢组该研究首次证明肠道微生物群直接塑造了人类免疫系统的构成，通过探究肠道微生物菌群与人体外周免疫细胞计数日常变化之间的关系，有效的将人体肠道微生物菌群与免疫系统的动态联系起来。尽管缺乏淋巴细胞和其他免疫细胞亚型等详情，但该研究直接在患者机体进行研究，添补了目前在微生物群研究的重要空白：基于动物模型的微生物群-免疫相互作用研究与临床数据之间的相关性。该研究结果表明，微生物菌群会影响人体的系统免疫，其研究结果为微生物菌群靶向干预措施以改进免疫治疗和免疫介导性和炎症性疾病的治疗打开了大门。地中海饮食对超重和肥胖受试者的干预可降低血浆胆固醇并导致与能量摄入无关的肠道微生物组和代谢组改变原名：Mediterranean diet intervention in overweight and obese subjects lowers plasma cholesterol and causes changes in the gut microbiome and metabolome independently of energy intake译名：地中海饮食对超重和肥胖受试者的干预可降低血浆胆固醇并导致与能量摄入无关的肠道微生物组和代谢组改变期刊：Gut影响因子：17.943发表时间：2020.2DOI：10.1136/gutjnl-2019-319654研究方法：宏基因组+代谢组本研究旨在通过地中海饮食（MD）对超重和肥胖人群的干预试验探究MD对代谢健康、肠道微生物组和系统性代谢组的影响。在研究期间，摄入与日常能量一致的MD后监测受试者饮食的依从性，代谢参数，肠道微生物组和全身代谢组，结果发现受试者血液胆固醇和血浆及尿液中肉碱水平的降低与MD的依从性成正比；同时MD导致了微生物组和代谢组的多种变化，如增加了降解膳食纤维的普氏粪杆菌等。这一结论有助于制定改善代谢健康的饮食策略。炎性肠病（IBD）微生物代谢组学：优劣与未知原名：IBD Microbial Metabolome: The Good, Bad, and Unknown译名：炎性肠病（IBD）微生物代谢组学：优劣与未知期刊：Trends in Endocrinology and metabolismIF：9.777发表时间：2020.05DOI：10.1016/j.tem.2020.05.001研究方法：16S+宏基因组+代谢组在胃肠道内，微生物衍生的代谢物是宿主与微生物相互作用的关键组分，并已被证明对诸如II型糖尿病（T2DM）和炎症性肠病（IBD）等代谢疾病有重要影响。越来越多的研究表明肠道菌代谢物是导致宿主发病的重要原因，有望通过调整肠道微生物群及代谢物来治疗IBD，本研究从转录组学与菌群功能、菌群代谢物与宿主、菌群代谢物与临床应用三个角度客观地论述了通过调整肠道微生物群及代谢物来治疗IBD方法的优劣，并提醒人们在临床治疗上应该慎重。16S rRNA测序虽然可以方便地研究微生物群的组成，但由于目前对于菌群基因库认知的不完全性，限制了对有关代谢物影响的理解。宏基因组测序为现有的基因提供了更深入的了解，但这些基因中的大多数功能仍然未知。为了进一步了解相关微生物菌群的功能潜力，可以进行微生物组+代谢组多组学联合分析，在了解微生物多样性的同时，探寻微生物对机体生化和功能的影响。上述几篇研究结合微生物组和代谢组多组学联合方法，构建了微生物与代谢组之间的网络关系，克服了单一组学研究的局限性，多角度理解微生物与代谢关系之间的联系，填补了微生物与代谢关系研究数据上的空白。您可能还喜欢：不同土壤深度之间微生物格局有何不同？最新！2020年美格基因项目文章年终大盘点

虫草菌吞噬蚱蜢的身体，并从蚱蜢体内长出孢子体。资料来源:Flickr/Aaron Pomerantz拿起一把土，你将拥有一个庞大而丰富的微生物群落，其数量达数十亿。科学家们最近开始分析这些微生物的“指纹”，以确定它们的类型和数量。在这篇发表于《自然通讯》杂志上的论文中，研究人员表示，虽然土壤中的微生物数量众多，但大多数只属于几个常见的物种。这意味着土壤中常见微生物的多样性远低于预期。霍克斯伯里环境研究所土壤微生物学博士后Eleonora Egidi博士说:“科学家们知道，土壤中不同的真菌对森林和农田的运作方式有影响。”“一些主要真菌种类的广泛分布可能是由农业造成的，因为这些真菌通常与农作物有关。”在先进基因鉴定系统的帮助下，科学家已经建立了巨大的真菌DNA图谱数据库，可以用来鉴定土壤样本中的微生物。随着自然界和农田的变化，科学家们开始思考如何利用细菌、真菌和其他微生物来改善环境、农业甚至达到医疗效果。例如，用子囊菌门（Ascomycetes）的一些真菌来制造杀虫剂，因为它们会“定居”在昆虫的身体上，然后随着生长逐渐消耗掉昆虫的身体。“对森林、草原、农场和沙漠中的真菌有一个基本的了解，可以帮助我们保护这些环境，并为这些地方的许多本地生物找到创新的新用途。”Egidi博士说。科界原创 编译：Max 审稿：三水 责编：张梦期刊来源：《自然通讯》期刊编号：2041-1723 版权声明：本文由科界平台原创编译，中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科界App。

微生物多样性作为美格基因的热门产品，一直受到老师们的青睐。自产品上线以来，已助力客户发文250余篇，发表期刊涵盖The ISME Journal、Water Research、Microbiome、Environment International、Journal of Hazardous Materials 等国际顶尖学术期刊，平均影响因子高达5.53。根际土壤微生物影响着植物的生长发育，近年来一直是科学家们研究的热点，那当微生物多样性和根际土壤微生物相遇时，又会擦出怎样的火花呢？本期小编将从过往的项目文章中选取几篇具有代表性的佳作分享给各位老师，可不要小看微生物多样性这个发文利器哦，单篇IF竟高达37.5！1、水稻NRT1.1B基因调控对根系微生物组的影响水稻NRT1.1B基因调控根系微生物组参与氮利用题目：NRT1.1B is associated with root microbiota composition and nitrogen use in field-grown rice期刊：Nature Biotechnology时间：2019.4.29影响因子：35.7研究对象与研究策略：细菌16S样品类型：根际土壤该项研究揭示了水稻亚种间根系微生物组与其氮肥利用效率的关系，证明了NRT1.1B在调控水稻根系微生物组的关键作用，还建立了第一个水稻根系可培养的细菌资源库，为研究根系微生物组与水稻互作及功能，为应用有益微生物、减少氮肥的施用奠定了基础。NRT1.1B野生型ZH11和突变体nrt1.1b与水稻根系宏基因组中氨化通路基因差异相关2、柑橘根际微生物群落结构与功能分析柑橘根际微生物群落结构与功能分析题目：The structure and function of the global citrus rhizosphere microbiome期刊：Nature Communications时间：2018.11.20影响因子：12.353研究对象与研究策略： 细菌16S、宏基因组样品类型：根际土壤该研究运用16S和宏基因组技术，对柑橘根际微生物组的结构和功能组成进行了全面综合的分析，结果显示，根际和非根际样品中丰度高的共有物种只有变形菌门、放线菌门、酸杆菌门和拟杆菌门，它们同样也是其他植物根际的优势物种。柑橘根际微生物在不同的地理环境下的组成结构相似。少数优势物种可以成为未来研究柑橘生产测试的对象。该研究为指导微生物分离和培养，利用微生物组的能力来改善植物生产和健康提供了有价值的参考。柑橘根际微生物核心功能特征3、生物炭和植物根系结合对土壤细菌的影响生物炭和植物根系的结合提高了土壤细菌对多环芳烃胁迫的适应能力：来自土壤酶、微生物组和代谢组的见解题目：The combination of biochar and plant roots improves soil bacterial adaptation to PAH stress: Insights from soil enzymes, microbiome, and metabolome期刊：Journal of Hazardous Materials时间：2020.6.17影响因子：7.65研究对象与研究策略：细菌16S、代谢组样品类型：根际土壤在这里，通过耦合酶活性测试，高通量测序和土壤代谢组学分析了生物炭和根际对细菌群落结构和功能的影响。生物炭和植物根系提高了有效养分和可溶性有机碳的含量，酶活性和碳代谢功能。在生物炭和植物根系的共同作用下，主要影响蔗糖和淀粉代谢，降低了土壤代谢产物的多样性。在土壤特性，细菌成员，以及生物炭改良土壤和根际土壤中的代谢产物，有利于细菌抵抗PAH胁迫，从而去除PAH。根据以上结果，我们认为生物炭的施用可以有效地改善根际土壤中的细菌功能，并且我们的结果促进了土壤微生物的发展。PAHs污染土壤的原位修复程序。本文图片梗概4、微生物群落与土壤代谢组学研究生物炭改良土壤中多环芳烃有效根际降解机制的研究：从微生物群落到土壤代谢组学题目：Insights into the mechanisms underlying efficient Rhizodegradation of PAHs in biochar-amended soil: From microbial communities to soil metabolomics期刊：Environment International时间：2020.7.16影响因子：7.577研究组学：细菌16S、代谢组样品类型：根际微生物该研究作者试图通过将多环芳烃（PAH）的直接降解与土壤碳循环耦合来表征多环芳烃的降解网络。从微生物群落结构和功能到代谢途径，作者揭示了生物炭和根际土壤对多环芳烃降解的调控策略。首先，一些PAH降解物被生物炭和根际富集，它们的结合促进了这些PAH降解物之间的合作。同时，在生物炭和根际的共同作用下，参与PAH上游降解的功能基因大幅上调。其次，在网络中，土壤微生物群落成员与代谢物之间存在较强的共生关系，在生物炭和植物根系的联合作用下，多环芳烃降解的下游碳代谢大大上调，表明土壤微生物组生存良好，有助于多环芳烃的生物降解。综上所述，土壤碳代谢和污染物的直接生物降解都可能受到生物炭和植物根系联合作用的调节，共同促进土壤微生物对PAH的降解。本文图片梗概5、根际分泌物和土壤微生物的对植物的影响根系分泌物驱动土壤微生物对植物生长的养分反馈题目：Root exudates drive soilmicrobenutrient feedbacks in response to plant growth期刊：Plant, Cell & Environment时间：2020.10.26影响因子：6.362研究对象与研究策略：细菌16S、Geochip样品类型：根际土壤本文主要探究了不同生长阶段的拟南芥根系分泌物对土壤速效养分、细菌群落组成和功能的影响，以及受不同根系分泌物影响的土壤对植物生长的反馈作用。作者收集拟南芥植物在缓慢和快速生长阶段的根系分泌物，然后添加至养分枯竭的沙质土壤中。两个阶段的根系分泌物差异显著，且均改变了土壤细菌群落组成，与空白对照相比，两种根系分泌物处理均能激发土壤的功能基因，但两个处理之间功能基因组成相似。与缓慢生长阶段的根系分泌物处理和对照相比，快速生长阶段的根系分泌物诱导较高的养分矿化从而促进植物生长。总之，植物在不同的生长阶段调整其根系分泌物组成、招募特异的根际微生物以满足植物在快速生长的阶段更高的营养需求。因此，作者推测植物通过根部分泌化合物，诱导土壤微生物群落的潜在功能，然后通过调节根系分泌物绝对量与成分，进一步激发快速生长阶段所需的功能。不同生长时期根系分泌物对土壤中的功能基因的影响点 评从上面的文献案例便能看出，无论是微生物多样性单组学还是微生物多样性叠加其他组学联合分析研究，微生物多样性在其中都起到举足轻重的作用。微生物多样性包括16S、18S和ITS，通过高通量测序技术能够检测PCR产物的序列变异和丰度信息，分析特定环境下微生物群落的多样性和分布规律，以揭示环境样品中众多的微生物种类及它们之间的相对丰度和进化关系。您可能还喜欢：研究思路｜微生物组+代谢组多组学应用案例解读（第六期）美格基因助力中山大学颜庆云教授团队发表学术论文！

在高通量测序的大力推动和快速发展下，微生物组学研究进入到了多组学的时代。为更好满足科研人员多组学联合分析需求，美格基因基于科研需求及以往项目经验，全新推出微生物组+代谢组联合分析解决方案，克服单一组学研究局限性，多角度解释科学问题！今天为大家分享一篇发表在mSystems上的研究，研究对定殖耐万古霉素屎肠球菌的微生物群与微生物组-代谢物相关联进行了探究，是一篇微生物组+代谢组多组学运用的佳作！Microbe-Metabolite Associations Linked to the Rebounding Murine Gut Microbiome Postcolonization with Vancomycin-Resistant Enterococcus faecium定殖耐万古霉素屎肠球菌的微生物群与微生物组-代谢物相关联作者：Andre Mu 等期刊：mSystems时间：2020IF：6.519DOI：10.1128/mSystems.00452-20方法：16S+代谢组一、文章摘要具备万古霉素抗性的屎肠球菌（Enterococcus faecium，VREfm）是近年来出现的一种病原菌，人们开始研究VREfm定殖人类肠道的分子机制，但对该过程中肠道共生细菌的作用仍然不甚理解。在此，作者通过16S扩增子和代谢组研究小鼠肠道微生物对VREfm定殖的作用。经头孢曲松和VREfm处理，小鼠肠道微生物的转变发生在拟杆菌门和柔膜菌门间。研究细菌和代谢物共现性时找到了VREfm定殖初期及后期的与丁酸相关的典型代谢物，这些与拟杆菌有关的代谢物能指示微生物群落向原始状态过渡的状态。本研究说明了抗生素对肠道生态系统的影响，以及定殖VREfm后肠道微生物组的转变。未来或可优先选择用拟杆菌来改调节代谢组，已作为消除VREfm的非抗生素疗法。二、实验设计实验样品来自六周龄雄性小鼠（naive phase）。将头孢曲松添加到饮水中喂养小鼠2d（antibiotic treatment），停用1d后（antibiotic weaning）将屎肠球菌ST796移植到小鼠中（early VRE colonization and late VREfm colonization phases）。提取小鼠粪便DNA进行16S rRNA测序，同时进行粪便代谢物的液相色谱分析，构建微生物与代谢组之间的网络关系。三、实验结果1.扩增子测序结果表明微生物结构发生了变化表1 样品总结N：原始样品；Abx-Tx：抗生素处理期；Abx-Wn：抗生素适应期；VRE-E：VREfm定殖早期；VRE-L：VREfm定殖后期经不同处理，各样品的OTU丰度有所差异（图1）。经过头孢曲松喂养，小鼠肠道的优势物种从拟杆菌纲变成了柔膜菌纲，而在VREfm定殖后期又恢复成了拟杆菌纲。图1 纲水平上OTU的生物多样性2. 小鼠肠道微生物响应抗生素，在VRE定殖3d后丰度上升从PCoA图可以看到，不同处理的样本明显分开了，而头孢曲松处理和VREfm定殖后期的样本有聚类到一起的趋势（图2）。在群落组成方面，对照组中微生物的群落结构稳定，多样性高。经头孢曲松处理后群落多样性和稳定性急剧下降，而VREfm的定殖又进一步增强了这种效果，3d后微生物群落丰度开始恢复。这些结果说明小鼠肠道是个稳定的微生物保存库，被干扰后群落丰度也能够恢复到最初的状态。图2 多样性分析3.多重回归寻找与VREfm定殖相关的sOTUs利用多重回归寻找与VREfm定殖最相关的OTU，5个正相关的OTU分别来自肠球菌属（Enterococcus）、拟杆菌属（Bacteroides）、丹毒丝菌科（Erysipelotrichaceae）、过氧化氢酶杆属（Catabacter）、毛螺菌科（Lachnospiraceae），而负相关的是梭菌目（Clostridiales）、安德克氏菌属（Adlercreutzia）、柔膜菌纲（Mollicutes）、消化链球菌科（Peptostreptococcaceae）和梭菌目（Clostridiales）。VREfm定殖的第一天，肠球菌属丰度最高，说明肠球菌也许能阻碍VREfm定殖（图3）。图3 多重回归检测到一种肠球菌与VREfm定殖相关性最强4.分子网络鉴定代谢组的差别用MS-LC检测不同时间段小鼠肠道代谢物的变化（表1）。PCoA分析结果显示各样品间代谢组不同（图4）。在实验初始阶段和VREfm定殖后期的代谢组聚类到了一起，抗生素处理后和VREfm定殖前期的聚类到了一起。这说明两个时期的样本情况更相似。使用自由森林分析预测代谢物与实验组之间的相关性。结果表明每个实验阶段都有独特的代谢特征。重要的是，VREfm定殖后期样本中找到一种含有n -乙酰化羟基的未知代谢物（feature 6325），该物质仅在群落向初始状态转变时出现。另外，在用抗生素处理期间头孢曲松（feature 3901）的丰度最高。图4代谢组学分析5.拟杆菌相关代谢物与VREfm定殖后期相关不同实验阶段微生物和代谢物的丰度差别都较大，尤其是VREfm定殖后期。分析微生物-代谢物互作时发现，VREfm定殖后期肠球菌起到非常重要的作用，恢复的细菌中拟杆菌的OTU占了绝对丰度，该阶段检测到的2个代谢物为m/z 173.067 RT 18.392和m/z 167.083 RT 25.277。而m/z 245.055 RT 7.945与VREfm定殖后期高度相关。整体数据说明是肠道微生物引起了代谢物的改变。图5 微生物-代谢物双标矢量图四、小结屎肠球菌（VREfm）有潜在的对抗多种抗生素的能力，它们对人类健康的威胁日渐增强。有研究表明肠道微生物能够调整VREfm生长，抑制VREfm的毒力。本研究探索了抗生素处理和VREfm定殖条件下肠道微生物和代谢物的变化情况，找到了与VREfm相关的微生物和代谢物分别为肠球菌和feature 6325。这为进一步的研究提供了参考，未来，也许可以通过利用肠道微生物产生的益生元来治疗多抗生素抗性病原菌的感染。五、点 评16S rRNA测序虽然可以方便地研究肠道微生物群的组成，但由于目前对于细菌基因库认知的不完全性，限制了对有关代谢物影响的理解。为了更好的理解小鼠肠道微生物对VREfm定殖的作用，作者有效地结合微生物组和代谢组进行多组学联合分析，构建了微生物与代谢组之间的网络关系，并找到了VREfm定殖初期及后期与丁酸相关的典型代谢物，填补了肠道微生物功能研究数据上的空白。您可能还喜欢：研究思路｜三代宏基因组应用案例解读（第3期）产品升级｜美格基因重磅推出微生物组+代谢组联合分析解决方案美格基因2020年上半年项目文章大盘点！

微生物是地球上生物量最大、生活范围最广、生物多样性最为丰富的类群，是人类赖以生存和发展的重要物质基础和生物技术创新的重要源泉。据保守估计，地球上存在的原核生物物种在数百万种以上。然而由于研究手段的限制以及对物种认知的缺乏，许多微生物类群还不能分离培养，也使得以物种纯培养为基础的原核微生物多样性及下游应用研究面临着前所未有的挑战。如何分离、培养并有效描述未知的90%以上的绝大多数微生物，是微生物学研究一直以来亟需解决的挑战性课题。近日，中山大学生命科学学院李文均教授课题组在国际知名学术期刊npj Biofilms and Microbiomes（IF：6.333，中科院生物学一区，微生物学一区）上发表题为“ Network-directed efficient isolation of previously uncultivated Chloroflexi and related bacteria in hot spring microbial mats”的学术论文。论文作者突破传统培养模式，通过高通量测序及共现网络分析预测热泉菌席微生物的互作模式的思路，实现了绿弯菌的定向分离（图1）。通过对潜在互作的微生物验证，确定了一株具有广泛促生活性的菌株Tepidimonas sp. SYSU G00190W；基于此，团队建立了基于物种互作的“SCM-定向分离”策略，成功分离到大量之前难以培养的微生物类群；最后作者还对其基因组和代谢组做了进一步机理解析和实验验证。图1. 热泉中绿弯菌的定向分离热泉广泛分布于全球，是研究微生物生态学的模式生态系统之一。菌席生境代表了热泉生态系统中最复杂的微生物群落，其中的微生物存在广泛的相互作用。本研究首先基于26份典型的热泉菌席样品构建了共现网络，确定了潜在促生类群，后基于高效促生菌实现了以绿弯菌门为代表的大量难培养类群的分离培养。结合基因组学及胞外代谢组学发现，绿弯菌与温单胞菌存在活跃的互养行为，温单胞菌可以将复杂底物转化为绿弯菌等难培养微生物生长必须的小分子底物（图2）。两者之间的互利协作模式保证了彼此生命活动的高效进行。图2. Tepidimonas 菌株分泌的胞外代谢产物可以促进未培养微生物的生长本研究首次应用网络预测的方法实现了热泉菌席生境中未培养绿弯菌的定向培养。基于两株代表性菌株的互作研究，初步阐明了热泉菌席中绿弯菌（自养微生物，优势类群）和温单胞菌（异养微生物，稀有类群）之间的互作关系，并为理解贫营养生境中优势类群与稀有类群的相互作用奠定了一定的基础，提出的分离策略为其它环境中难培养微生物的可培养化提供了思路。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41522-020-0131-4

微生物组在人类健康和疾病中的作用日益受到关注，在近十年以来已经成为生命科学的热点和重点领域。对于人体微生物组例如肠道菌群的基础组成和功能的研究已经积累了大量的数据，但是影响微生物组的环境及宿主因素仍然有许多亟待解决的问题。人的基因组与代谢和免疫相关的基因和微生物组有着密切的互作，可能影响微生物的多样性；但是由于微生物组作为复杂生态系统，又有大量的随机因素干扰，因此研究人体影响宿主微生物组成的基因需要在大群体中进行全基因组关联研究（GWAS），同时要在分析方法上进行一系列创新。 近期，自然遗传杂志（Nature Genetics）在线发表国际大型研究计划“MiBioGen”最新研究成果“Large-scale association analyses identify host factors influencing human gut microbiome composition”(2021, 53:156-165), 中科院微生物组王军研究员为文章的共同第一作者，同时也是唯一来自中国的参与者。该研究中纳入了欧美、中东、东亚多个国家和种族的24个队列、超过1.8万人的基因组和肠道菌群数据，是迄今为止最大的肠道菌群的GWAS工作。该论文揭示了肠道菌群在不同人群间的异质性，同时鉴定出遗传性较高的细菌类群，以及多个影响菌群组成特征的基因位点，并通过基因集富集分析、全表型组关联研究和孟德尔随机化方法等，探索了遗传-微生物关联对宿主健康相关特征的潜在影响。 “MiBioGen”是由王军以及比利时和荷兰的多位科学家发起，旨在从全基因组的层面研究人体基因对肠道菌群的影响的大型国际研究计划，该计划已建立一系列新型研究方法，该成果是计划正式发表的首批研究成果。 图1: 自然遗传学文章标题以及在项目中所收集的人群基本信息 此外，王军研究员与西湖大学和中山大学合作，近期在Microbiome上发表“The interplay between host genetics and the gut microbiome reveals common and distinct microbiome features for complex human diseases”（2020，8:145）的研究文章，他们1475名中国人的微生物组进行GWAS分析，探究遗传对肠道菌群的影响；通过双向孟德尔随机化分析，研究了人肠道菌群与复杂疾病之间的因果关系，并根据菌群特征的共性和特性对不同疾病进行了聚类，发现不同疾病之间共通的菌群特性，例如帕金森病与结直肠癌之间、系统性红斑狼疮和慢性粒细胞白血病之间，可能相似的菌群特征。这也是在中国人群中第一次系统的进行菌群相关的GWAS研究，为理解中国人群中的基因和菌群互作以及疾病发生具有重要的意义。 图2：在中国人群中进行的GWAS分析以及后续与疾病的关联研究 王军研究组长期关注健康和疾病中人体基因和微生物组的互作关系，并且利用GWAS工具进行了一系列更加深入的研究。2016年在Nature Genetics发表封面文章完成第一个菌群GWAS（Genome-wide association analysis identifies variation in vitamin D receptor and other host factors influencing the gut microbiota. 2016, 48:1396–1406）应邀在国内重要期刊Protein Cell发表综述文章“Of genes and microbes: solving the intricacies in host genomes”(2018, 9(5):446-461)，系统介绍基因-微生物组互作的研究方法和已有工作；在中国科学：生命科学（Science China: Life Science）上发表评论文章“Strengthening the functional research on the interaction between host genes and microbiota”（2020， 63：929–932），呼吁更多在中国人群中的研究以及国内外的合作，共同解析人体微生物组结构功能的基因基础。 王军研究组的项目受到了中科院战略先导专项“病原体宿主适应性与免疫干预” ，科技部重点研发项目，国家自然科学基金重大研究计划培育项目和面上项目等多项资金的资助。 图3: 王军研究员应邀为Protein Cell特刊所做综述，主图被选为当期的封底图片2020年热文精选1. 杯具了！满满一纸杯热咖啡中，满满的塑料微粒…2. 美英澳科学家《自然医学》再添力证：新冠病毒乃自然进化产物，或有两种起源…3. NEJM：间歇性禁食对健康、衰老和疾病的影响4. 一年内治愈失眠！研究发现：改善睡眠，你或许只需要一条沉重的毯子5. 哈佛新研究：仅12分钟的剧烈运动，能为健康带来巨大的代谢益处6. 第一项人类干预试验：在大自然里“摸爬滚打”28天，足以提高免疫力7. 垃圾食品是“真.垃圾”！它夺走了端粒长度，让人老得更快！8. Cell解谜：不睡觉真的会死！但致死的变化不是发生在大脑，而是肠道…9. 《自然通讯》超大规模研究：血液中铁的水平是健康与衰老的关键！10. 不可思议！科学家一夜之间逆转动物“永久性”脑损伤，还让老年大脑恢复了年轻态…

人类对微生物的了解、探索任重而道远，对微生物组的研究有望为人类健康问题和社会可持续发展提供新的解决之道。地球上微生物的诞生可以追溯到35亿年前，远早于人类的诞生。然而，人类与微生物却“相识”甚晚，自1676年荷兰人列文虎克（Antony van Leeuwenhoek）用自制的简单显微镜观察到细菌开始，仅短短的几百年，但这一发现为人类揭开了一个崭新的世界。人类对微生物的利用远早于对其的科学认识在列文虎克通过显微镜观察到细菌之前，其实人类早已开始了对微生物的利用，只是未从科学角度对微生物的形态、功能及作用机制进行描述。早在上古时代，我国就已开始利用曲糵（发霉、发芽的谷粒）进行酿酒，但一直不知道曲糵的本质所在。考古学家在我国贾湖遗址的陶器沉积物中发现了酒石酸成分，经碳-14年代测定距今有9000多年，说明当时人们已经开始通过发酵酿造技术制作饮料，是目前世界上发现的最早与酒有关的实物资料。公元6世纪，贾思勰在《齐民要术》中明确记载了谷物制曲、酿酒、制酱、造醋、腌菜等利用微生物制作食品的方法。除了食品制作外，我国人民很早就将微生物用于农业生产和医疗。春秋战国时期，劳动人民从生产实践中发现腐烂在田里的杂草可以使庄稼长得茂盛，于是开始用腐烂的野草和粪作为肥料；公元前1世纪，世界现存最早的农学著作《氾胜之书》曾提出，利用瓜类和小豆间作的种植方法来提高作物产量；《神农本草经》记载了白僵蚕（即感染白僵菌而僵死的家蚕幼虫）的功效与用法；《左传》也有关于用麦曲治疗腹泻病的记载；《医宗金鉴》则详细记载了种痘防治天花的方法。西方国家也同样有利用微生物的历史，如公元前3000年左右，古埃及人就首先掌握了制作发酵面包、酿制果酒的技术。尽管当时人们通过日积月累的生活实践，已经学会巧妙地利用微生物来改善自己的生产和生活，但是他们并不知道这些方法的实质是微生物在发挥作用。显微镜的发明让人类与微生物相识除了在生产、生活实践中利用微生物外，人类也经受着各种微生物制造的威胁，如瘟疫等。但是，当时人们并不知道是微生物在其中“作怪”。尽管如此，一些科学家还是预见到了某种未知的实体在其中发挥了作用。1642年，明末清初传染病学家吴有性曾在其著作《瘟疫论》中提出传染病“乃天地间别有一种异气所感”，并指出“气即是物，物即是气”，对微生物的存在进行了较为粗浅的预见。16世纪末，简易的显微镜在荷兰诞生，但当时人们并没有将其应用于科学研究中。直到17世纪80年代，列文虎克用其自制的可放大160倍的显微镜对雨水、污水、血液、腐败了的物质、牙垢等进行观察，发现了许多“活的小动物”。他利用显微镜持续地对这些“活的小动物”的具体形态进行了观察和详细描述，并将结果发表在《皇家学会哲学学报》，从此打开了人类对微生物研究的大门。列文虎克也成为世界上第一个观察到球形、杆状和螺旋形的细菌和原生动物的人。在列文虎克之后，不少研究者也通过显微镜对微生物的形态等进行了研究，不断充实和扩大人类对微生物的认知。然而，在其后200年左右的时间里，人类对微生物的认识依旧停留在对其形态的描述上，对它们的生理活动、作用规律以及它们是如何影响人类健康和生产实践的仍一无所知。对“自然发生说”的否定推动了微生物学科的发展尽管列文虎克等科学家开启了微生物研究的大门，但千百年来普遍流行的“自然发生说”依旧盛行，并于18世纪和19世纪达到了顶峰。“自然发生说”认为，生物可以从无生命物质或有机物中自然发生，而不是通过上一代此类生物繁衍产生。“微生物学之父”、法国科学家巴斯德（Louis Pasteur）并不这样认为。1859年，他巧妙地设计了著名的曲颈瓶实验对“自然发生说”进行了反驳。在实验中，他选择了曲颈瓶与直颈瓶进行对比，在两个瓶内都装入肉汁，分别用火加热，通过高温对肉汁及烧瓶杀菌，结果曲颈瓶由于颈部弯曲且较长，使空气中的微生物在侧管沉积而不能进入烧瓶，煮过的肉汁不再和空气中的细菌接触，并未发生腐败，而直颈瓶内的肉汁则很快发生了腐败。这个实验有力地反驳了“自然发生说”，证明了微生物在腐败食品上并不是自发产生的。巴斯德在研究制酒时酒为什么会变酸的过程中，证明了并非发酵产生微生物，而是微生物引起了发酵，并发现环境、温度、pH值、基质成分以及有毒物质等因素都以特有的方式影响着不同的微生物。为了解决酒变酸这一问题，他发明了“巴氏灭菌法”，即利用较低温度做短时间加热处理，杀死有害微生物的同时又能保持食品中营养物质风味不变的消毒法。这种方法至今仍在食品生产中被广泛使用。巴斯德还一直致力于致病微生物及免疫方法的研究，开创人类防治传染病的新时代。19世纪50年代起，巴斯德通过对蚕病、牛羊炭疽病、鸡霍乱和人狂犬病等传染病病因的探究试验对“疾病细菌学说”进行论证，证明了微生物是引起传染性疾病的媒介。1881年，巴斯德公开演示证明了给健康的牛注射毒性减弱的炭疽杆菌，会使这种病发作轻微但不致命，之后还会使牛对此病产生免疫力。这次演示引起了医疗界和社会的巨大轰动，为人类与传染病的斗争提供了新的武器。随后，他又成功地研制出鸡霍乱疫苗、狂犬病疫苗等多种疫苗，拯救了无数的生命，为免疫学的创立奠定了基础。在巴斯德以实践论证“疾病细菌学说”的同时，德国医生科赫（Robert Koch）于1876年在《植物生物学》杂志上发表了关于炭疽杆菌的研究成果，引起巨大的反响。这是人类历史上第一次用科学的方法证明某种特定的微生物是某种特定疾病的病原。科赫首先从牛的脾脏中找到了引起炭疽病的炭疽杆菌，并把其移种入老鼠体内，使老鼠之间相互感染炭疽病，最后又从其他老鼠体内找到了同样的炭疽杆菌。随后，科赫成功地利用血清在与牛体温相同的条件下培养了炭疽杆菌，并发现了炭疽杆菌的生活规律。1881年，科赫发明了固体培养基划线分离纯种法，解决了液体培养基培养细菌时各种细菌混合生长难以分离的问题，这种方法的发明使得多种传染病病原菌相继被发现。为了更加清晰地对细菌的形态进行观察，科赫对细菌试验的方法进行了改进，如干燥方法、染色方法等，还建立了悬滴标本检查法和显微摄影技术。此外，科赫还提出了一套系统的研究方法——“科赫原则”。这些研究和技术方法至今仍在使用，为微生物学研究奠定了方法学基础。研究者开始运用“实践—理论—实践”的思想方法开展微生物研究工作，并建立了许多应用性分支学科，如细菌学、真菌学、土壤微生物学等。这不仅丰富了微生物学的研究内容，大大加速了微生物学的发展，也使得19世纪70年代到20世纪20年代成为病原菌发现的黄金时代，大量的病原菌浮出水面，使人类对疾病有了更深的认识。青霉素的发现与应用推动了微生物工业化培养技术的发展1897年，德国生物化学家布赫纳（Edward Buchner）用酵母菌无细胞压榨汁对葡萄糖进行酒精发酵获得成功，证明了发酵过程主要是依靠酵素而不是酵母细胞发挥作用，从而发现了酒化酶，将微生物学从生理研究阶段推进到了生化研究阶段。随后，研究者开始广泛寻找微生物的有益代谢产物，许多酶、辅酶、抗生素都是在这一时期被发现的。这些发现推动了普通微生物学的形成。这一阶段，最有代表性的发现和发明当数青霉素。19世纪，工业革命大大提高了人们的生活水平，但细菌感染导致的死亡率居高不下。在这个没有抗菌药物的时期，面对肆虐的疫情，人们束手无策。19世纪末至20世纪初期，尽管人类已经开始采用苯酚、硼酸、醇类进行手术消毒，大大降低了术后患者的死亡率，但这类消毒试剂并不能深入病灶，对于已经存在的细菌感染仍无法治愈。1908年，德国科学家埃尔利希（Paul Ehrlich）发现了化合物砷矾纳明可用于治疗梅毒，拉开了人类寻找抗菌药物的序幕。1928年，英国细菌学家弗莱明(Alexander Fleming)意外发现在他的实验室里有一个葡萄球菌培养基受到了一种霉菌的污染，培养基中受污染区域里的葡萄球菌消失了。经过几天的观察，弗莱明发现霉菌逐渐发展成了菌落，培养汤呈淡黄色，还具有了杀菌能力。于是，他推断真正的杀死葡萄球菌的物质应该是霉菌生长过程中的代谢产物。他将这种代谢产物命名为青霉素，并发现青霉素能抑制多种有害细菌的生长，对人和动物却无毒。1929年弗莱明将其研究结果发表在《英国实验病理学杂志》上，尽管当时并未引起学术界的高度重视，但弗莱明坚信青霉素将会有重要的用途。由于弗莱明当时并没有对青霉素治疗效果开展系统性的观察试验，且他并不了解生化技术，无法将青霉素提取和纯化，难以在实际中应用，这一成果就这样被埋没了10多年。20世纪40年代，澳大利亚裔英国病理学家弗洛里（Howard Florey）和德裔英国生物化学家钱恩（Ernst Chain）偶然发现了弗莱明的论文，产生了极大的兴趣。他们重复了弗莱明的试验，对青霉素进行了提取和纯化，并进行了动物试验。1940年8月，他们将研究的全部成果发表在《柳叶刀》杂志上，被医学史上称作“青霉素的二次发现”。1941年2月，他们成功地运用青霉素治愈了一位因划破了脸导致伤口感染而患了败血症的警察。尽管试验清楚地表明了这种新药具有惊人的效力，但单靠实验室提取，并不能满足人类的需求。随着第二次世界大战爆发，英国、美国政府意识到要想将青霉素广泛地应用于各种疾病以及伤员救治中，就必须实现工业化大规模生产。在美国政府的鼓励和制药企业的参与下，青霉素得以大规模生产和应用到战争伤员的治疗中，并逐步在公民医疗中使用，惠及全世界。青霉素的发现和应用开启了一场从自然界天然菌体中筛选出抗生素的运动，链霉素、头孢菌素、万古霉素、红霉素等天然抗生素相继被发现和应用，人类终于在与致病细菌的搏斗中略占上风。DNA双螺旋结构模型的建立使微生物研究进入分子水平1928年，英国细菌学家格里菲斯（Frederick Griffith）通过试验发现把活的RⅡ型无毒肺炎双球菌株和死的SⅢ型有毒株，混合注射至健康小鼠体内，小鼠患病死亡，且能从小鼠体内提取出活的SⅢ型有毒株，并且这种有毒株能世代繁衍，即细菌转化现象。由于当时技术水平的限制，格里菲斯并没有确定究竟是什么物质导致了细菌转化，但格里菲斯的试验为后来证实DNA就是遗传物质提供了宝贵的思路。随着化学提纯等技术的进步，美国科学家艾弗里（Oswald Avery）、麦克劳德（Colin Macleod）和麦卡蒂（Maclyn McCarty）对格里菲斯的工作进行了延伸，成功解释了细菌转化的原因，证明了引起转化现象的是细胞内的脱氧核糖核酸分子，而非当时人们普遍认为的蛋白质，开启了分子遗传学研究的大门。1953年，英国生物学家克里克（Francis Crick）和美国分子生物学家沃森（James Watson）建立的DNA双螺旋结构，让人们真正了解了遗传信息的构成和传递的途径，正式开启了分子生物学时代。在科学家破解“遗传的秘密”的同时，1933年，德国物理学家鲁斯卡（Ernst Ruska）研制出了世界首台电子显微镜，让人类能够更加清楚地认识微生物细胞的详细结构，为探索更加微观的生物世界奠定了坚实的技术基础。微生物学研究便逐渐成为生物学研究领域的“明星”，被推到了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展，大约1/3的诺贝尔生理学或医学奖获得者都是由于其在微生物问题研究中获得的成就而获得殊荣。1946年，美国遗传学家莱德伯格（Joshua Lederberg）与塔特姆（Edward Tatum）通过试验发现了细菌的遗传重组。他们把两个需要不同生长因子的大肠杆菌营养缺陷型混合培养在基本培养基上时出现了野生型，而分别培养时则从未出现，从而说明了遗传重组的普遍性。1952年，莱德伯格发现了细菌的F因子，揭示了作为供体细胞的细菌可以把遗传物质传递给作为受体细胞的细菌。莱德伯格的一系列研究证明了特定细菌可通过杂交方式进行繁殖，有力地反驳了当时科学界认为的“细菌太过简单，不适合进行遗传分析研究”的观点。此外，莱德伯格在研究中还创立了一套强有力的细菌遗传学试验方法，为细菌遗传学的建立奠定了基础，后续对细菌遗传学的研究大多基于这一试验方法开展。1977年，美国科学家乌斯（Carl Woese）率先利用核糖核酸（RNA）研究原核生物的进化关系，提出了“生物三域理论”，即可将自然界的生命分为细菌、古生菌和真核生物三域，揭示了各种微生物之间的系统发育关系，使微生物学研究进入成熟阶段。在这一阶段，研究者更多地在基因和分子水平上研究和揭示微生物的生命活动规律，包括研究微生物大分子结构和功能，不同生理类型微生物的各种代谢途径、代谢活动等，微生物的形态构建和分化、病毒的装配以及微生物的进化等。微生物学的基础理论和独特实验技术催生了大量理论性、交叉性、应用性和实验性分支学科飞速发展。同时，人类在应用微生物改善生产、生活方面，也朝着更有效、更可控的方向发展，如以大肠杆菌等细菌细胞为工具进行基因转移、编辑等，或通过基因工程技术开发菌种资源提高发酵工程效率。新一轮科技革命的战略前沿领域——微生物组人类对微生物的研究已超过百年，越来越多的研究表明了微生物在人类生产、生活中的重要作用。然而，尽管随着显微技术、成像技术、测序技术等的不断发展，人类对微生物的研究经历了从生理、生化到分子层面的演进，但我们对微生物依然缺乏了解，从数量上看目前人类所认知的微生物还不足其总量的1%。随着人类对生命奥秘的探索越来越深入、越来越迫切，生命科学与其他科学的融合交叉也越来越密切，基因组学、蛋白质组学等研究逐步形成体系，把单个生命体作为一个复杂系统、把生态系统作为一个有机整体进行研究，已成为当今生命科学研究的主要特征，对微生物的研究也是如此。目前，学术界界定的微生物组是指一个生态系统中全部微生物资源及生命信息，包括它们与其环境中生物和非生物因子之间的各种关系。可以说，从人到地球生态系统的各种大大小小的系统中，微生物组无处不在，且互相紧密结合，微生物组的稳定结构和正常运转是人类健康、生态系统稳定的重要保障。自2007年美国启动“人类微生物组计划”以来，加拿大、日本、法国、欧盟、中国积极参与，并先后启动了相关的微生物组计划，足以说明世界各国已将微生物组研究作为战略科技前沿领域。从研究方式看，微生物组更加强调多学科的交叉会聚和跨领域的合作研究。从技术手段看，除了培养组学、高通量测序和生物信息技术等为代表的新一代微生物学技术外，宏基因组学技术在微生物组研究中也发挥了重要作用，它运用功能基因筛选或测序分析等手段，通过对环境样品中的微生物群体基因组进行研究，对微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系进行解析。从应用前景看，目前微生物组研究主要围绕系统解析微生物组的结构和功能、厘清相关调控机制等方面开展，并逐步形成了从基础研究到应用产业化的创新链条。以被称为“人类第二基因组”的人类微生物组为例，现有研究表明人体微生物组在消化、代谢、免疫、疾病预防和治疗等方面都发挥着重要作用。目前，肠道菌群检测已经转化为临床技术，可用于癌症筛查、疾病治疗和药物开发等方面。同时，在代谢病治疗，尤其是肥胖症和糖尿病的治疗上，微生物组的研究成果也发挥了重要作用。为了更大限度地发掘和研究不同生态系统中的微生物组资源，2016年5月美国宣布启动“国家微生物组计划”以支持跨学科研究，开发平台技术，解决不同生态系统中微生物的基本问题，并提高微生物数据的访问等。我国也非常重视对微生物组的研究，《“十三五”国家科技创新规划》就将人体微生物组研究摆在了重要位置，明确提出了“开展人体微生物组解析及调控等关键技术研究”的任务。《“十三五”生物技术创新专项规划》还确定了“力争在微生物组学技术等方面取得重大突破，使相关研究水平进入世界先进行列”的目标要求。2017年12月，“中国科学院微生物组计划”正式启动，该计划汇集了国内微生物组研究领域的权威机构，包括中国科学院上海生命科学研究院、中国科学院生物物理研究所、北京协和医院等14家机构，聚焦“人体和环境健康”微生物组研究，为人类健康问题和社会可持续发展提供新的解决之道。可以预见在不久的将来，微生物组研究的相关成果和技术将更加广泛地渗透到医药、农业、能源、工业、环保等领域，成为破解人类健康、环境生态、资源瓶颈、粮食保障等重大问题的重要路径。无处不在的微生物与人类共同生存了数百万年，它们曾造福于人类，也曾给人类造成毁灭性的灾难，始终保持着“亦敌亦友”的奇妙关系。人类对微生物的了解、探索任重而道远，对微生物组的研究也许正是我们打开未知世界大门的钥匙，我们期待着微生物组的研究能够帮助人类更好地了解微生物、利用微生物以应对当今和未来所面临的巨大挑战。作者：邓元慧，中国科协创新战略研究院助理研究员，博士。王国强，中国科协创新战略研究院研究员，博士，主要研究方向为科技史、科技政策和科技传播。本文来自《张江科技评论》

今天向大家推荐一篇佳作：基于GeoChip的水生系统微生物功能研究，题目为：鱼肠道、沉积物和水体微生物群落的功能多样性和冗余研究。一起来欣赏一下这篇佳作吧。鱼肠道、沉积物和水体微生物群落的功能多样性和冗余研究Functional diversity and rendancy across fish gut, sediment, and water bacterial communities作者: Arthur Escalas, Marc Troussellier, et al.时间：2017.6期刊: Environmental MicrobiologyIF: 5.39DOI: 10.1111/1462-2920.13822一、研究背景生态系统就像电影一样，需要不同的角色各司其职才能保持正常运转。微生物作为其中重要的一员，对系统稳态的维持和修复起着重要作用，其中微生物多样性及其功能多样性尤为关键。人类活动的干扰下，微生物多样性高的生态系统仍然能井然有序地发挥功能，很大程度上是因为行使同一功能的微生物数量庞大，随着外界条件此消彼长，相互补充，对系统进行稳定维持，我们称之为“功能冗余”。关于微生物的功能冗余有不少研究，但在综合尺度，尤其是水生态环境中的研究较少。因此，本文作者选取关系较近的三种微生物栖息环境——鱼肠道、沉积物和水体为研究对象，企图解析其中微生物的功能多样性以及功能冗余情况。研究发现三种环境中各自的微生物塑造了功能多样性，不同环境之间存在功能冗余现象，生态环境功能稳态的保持很可能是以环境为媒介通过微生物的功能补偿来发挥的。二、实验设计在墨西哥海湾一个受到人类活动干扰且污染严重的咸水湖，分别在三个地方取水体（100 mL）和沉积物（10 cm），同时取了三种不同的鱼：Synos foetens, Ariopsis felis 和Sphoeroides testudineus，取其肠道内容物，于-80℃保存，用蛋白酶K和SDS法提取样品DNA。用GeoChip 4.0芯片对所有样本DNA进行杂交，检测各类功能基因代谢潜能。为了区分功能多样性和冗余性，对功能基因和检测探针（即gene variants）分别进行了统计分析；同时研究功能基因在不同尺度环境下的相互关系，包括环境内（α多样性）、环境间（β多样性）、整个环境（γ多样性）的功能多样性。三、实验结果1、功能基因的多样性分析发现，肠道、沉积物和水体中的功能基因多样性很高，覆盖了芯片可检测基因的95%，三者在丰度上没有统计学差异，在12个功能亚类上亦是如此（Table 1）。针对功能基因和探针进行多元变量分析，不同环境的物种组成没有显著性差异（Fig.1），同时单个环境组内样本之间也没有明显差异。Fig. 1 三个环境功能基因和探针PCoA分析在功能基因和gene variants水平上分别使用presence-absence （Jaccard）和abundance（Bray-Curtis）数据对进行排序分析样品差异；红点代表鱼肠道、绿点代表沉积物和蓝点代表水体微生物群落。通过多样性分割法研究发现，α多样性对γ多样性平均贡献度为96%，βinterhabit和βintrahabit多样性则分别为1%和3%，说明单个环境内部的微生物和功能多样性是构建整个生态环境多样性的关键因素。但是三个环境之间的功能基因相似程度非常高，达92%（Fig. 2）。Fig. 2 多尺度的功能基因多样性展示fish gut(FGBC), sediment (SBC) and water(WBC)2、gene variants的多样性和物种关系通过检测gene variants丰度以及其对应的物种发现，鱼肠道、水体和沉积物三者之间没有显著性差异。放大到整个生态尺度，所有样本检测到的探针占芯片检测数量的43%。多元回归分析发现gene variants多样性在不同环境中有显著差异（Table 2和Fig. 1）。多样性分割法显示α多样性对γ多样性平均贡献度为70%，βinterhabit和βintrahabit多样性对其的贡献度比从功能基因角度计算时高，分别为12%和18%，说明探针对应的物种组成在不同环境之间差异较大。同时不同环境之间特有gene variants的差异也比从功能基因角度比较时大（Fig. 3）。Fig. 3 多尺度探针多样性展示四、实验结论本文通过将海岸联系紧密的三个微生物群落环境（鱼肠道、沉积物和水体微生物群落）放到一起，用微生物多样性分割法从不同尺度研究和探索了水生态系统中单一环境和环境之间微生物功能多样性和冗余性。总体来讲，研究发现这三个环境的功能和微生物多样性很高，单一环境内的微生物多样性对整个生态系统多样性的塑造起着至关重要的作用。不同环境之间虽然微生物行使的功能差异不大，但物种组成有显著差异，存在着不同程度的冗余性，正是这种冗余对生态系统功能的实现和维护修复起着重要作用，更进一步机理研究还需要更多的实验验证。五、亮点思路新颖，在宏观尺度不同层面研究水体生态系统功能冗余问题；实验手段选取合理，使用GeoChip封闭系统大大简化了研究难度；讨论丝丝入扣，逻辑清楚，严谨深入，值得推荐。以上就是基于GeoChip的水生态系统微生物功能研究的全部解读了，还有更多更精彩的文章解读都在美格基因公众号了。您可能还喜欢：GeoChip｜基于功能特征构建陆地森林及土壤的多样性GeoChip简介以及发展史宿主污染大，GeoChip轻松搞定！

本文来自：百度知道日报人类对深海一直充满了向往，科学家们对深海进行了很多方面的研究，其中有一个就是深海微生物的研究。那么，你知道科学家们为什么要研究深海微生物吗？研究深海微生物有什么意义呢？人类之所以对深海极端环境下的微生物有如此巨大的研究兴趣，除了其在探究生命起源、进化和外星生命是否存在方面有重要意义外，从更现实的角度上看，破解极端微生物生理生化特性及其产生的原因，从而开发特殊的基因与产物，可为工业、农业、环境、能源、人类健康的发展提供新的方向，为现代生物技术带来革命性进步。例如，极端微生物的酶和代谢产物已成为生物技术创新的源泉之一，并已经创造了财富。1969年从美国黄石国家森林公园火山温泉中分离的嗜热菌产生的TaqDNA聚合酶，使DNA的体外复制变得异常简便，大大加快了生物工程、基因重组等分子生物学研究的进程，年销售利润达到上亿美元。在石油开采和湿法冶金领域，极端微生物可以发挥巨大作用。一般石油开采的采出率只有30%~40%，将具有分解石蜡能力的嗜热、耐压、嗜盐、厌氧菌的培养物与水，或菌剂与营养物及水一同注入油井中，可使石油采出率增加50%。在环境保护方面，工业废水一般是酸性、碱性或含盐量大，只有合适的极端微生物才能够分解其中可能造成环境污染的物质，净化水质。极端嗜盐菌极端微生物能够适应环境的多样性，说明它们早已解决了科学家今天仍在寻找答案的那些问题，对它们的研究开发，将为缓解资源、环境压力，保障社会可持续发展提供有效途径，因此深海极端微生物成为当今科学家关注和研究的重点。随着生物学及其他科学和技术的不断进步，将为深海极端微生物的研究提供更好的条件，会进一步促进深海极端微生物的研究和发展。