单细胞DNA测序揭示微生物“暗物质”

2013-08-08

美国科学家进行了微生物“暗物质”研究，他们用单细胞DNA测序技术对多种微生物的基因组进行测序后发现，微生物远比我们所知道的要丰富多样，研究同时揭示了不同物种间令人惊奇的关联。

据《自然》杂志网站北京时间7月15日报道，天文学家们认为，宇宙总物质量的23%由弥漫于其间且肉眼看不见的“暗物质”组成;现在，美国科学家进行了微生物“暗物质”研究，他们用单细胞DNA测序技术对多种微生物的基因组进行测序后发现，微生物远比我们所知道的要丰富多样，研究同时揭示了不同物种间令人惊奇的关联。

单细胞测序技术使科学家们能通过将单细胞的DNA增大10亿倍来破译其基因组，为研究微生物“暗物质”打开了大门，也有助于厘清微生物之间以及它们与其他物种之间的关联。美国能源部下属联合基因组研究所的谭佳·沃克领导的研究团队选择了201种微生物和古生细菌的细胞，并阅读了其部分基因组(从10%到 90%不等，取决于不同细胞)。这些微生物来源于9种不同的生存环境，包括海底热水流火山口以及地下金矿等，没有一种曾被测序或在实验室内培养过。

研究表明，不同生命之间的很多边界并不像以前所认为的那样固若金汤。例如，一种微生物系使用以前被认为仅仅在古生细菌中存在的酶合成出了DNA和RNA的基础组成部分——嘌呤碱基。研究还显示，有3个古生细菌细胞内存在主要作用是启动RNA转录(是蛋白质生物合成的第一步)的西格玛因子，而以前，科学家们认为这些西格玛因子仅出现在细菌体内。

此外，研究人员也发现，有一种细菌“记录”了终止密码子UGA的三字母系列。在几乎所有其他微生物体内，这一核苷酸系列会朝细胞发送信号，让其停止将RNA翻译成蛋白质;但在这一微生物体内，它则告诉细胞制造氨基甘胺酸。科学家们也在另一种细菌内发现了同样的“记录”活动。这表明，生命的密码可能比科学家们认为的要更加灵活多样。

沃克说：“我们只是对小部分细菌进行了测序，就有这么多新奇的发现，这表明，细菌的生物多样性远远超过我们的所知。大约需要对1.6万个细胞进行测序，才能涵盖全球未被研究微生物系的一半。”

克雷格·文特尔研究所的杰弗里·麦克林表示：“最新研究彰显了单细胞基因组学的强大力量，但也表明，我们需要更加努力，才能填补地球上微生物多样性的知识鸿沟。”

总编辑圈点

微生物“暗物质”的本意，就是指过去从未在实验室中进行过培养或是测序的微生物。其实在很多环境中，绝大多数微生物都不能用传统方法来培养——我们传统的微生物学，研究的不过是微生物浩瀚世界的冰山一角而已。但科学家们已然可利用单细胞测序，让来自单个细胞的DNA陡增十亿倍，再破译它的基因组，进而为研究这些微生物界的“暗物质”辟出道路。本文中的成果也正是基于此方法得出的。

单细胞DNA测序揭示微生物“暗物质”

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