寻找“微生物暗物质”

地球上有更多的微生物，而不是天空中的星星，我们只知道我们周围的微生物普及的一小部分。努力了解有关“微生物暗物质”的更多信息，研究人员正在排序和分析从世界各地收集的样品。由zosia rostomian，伯克利实验室的组成

在一个新出版的研究中，一个研究人员的国际团队详细介绍了“微生物暗物质”。

空间真的是最终的前沿，还是靠近家的最伟大的谜团？在宇宙学中，据说暗物质旨在考虑宇宙中的大多数群众，但是它的存在是通过间接效应推断的，而不是通过望远镜检测到。生物等同物是“微生物暗物质”，这种行星上的普遍存在的生活中的普遍性尚不可见的生命基础设施，这可能对植物生长和健康的最重要的环境过程产生深远的影响，以陆地和海洋环境中的营养周期，全球化碳循环，甚至可能是气候过程。通过采用从单细胞分离的基因组的下一代DNA测序，在系统地引起细菌和古物学树中未公布的分支的巨大任务中，正在进行大脚。在美国能源联合基因组研究所（DOE JGI）领导的国际合作中，由Berkeley Lab管理，探索微生物暗物质的最新调查结果在线发表于2013年7月14日在线上的“自然”。

Doe JGI总监伊吉吉林伊吉林说：“这一成就更像是21世纪相当于21世纪的刘易斯和克拉克的探险，”伊斯州JGI总监伊德里·鲁宾说。“这是一家强大的例子，即DOE JGI先驱者发现，我们可以采用高吞吐量方法来分离和表征来自数百万个细胞的复杂环境样本的单一基因组，以提供理解我们的微生物进化的深远飞跃行星。这真的是下一个伟大的边疆。“

这种微生物暗物质竞选来自九个佩戴栖息地的未露天的微生物细胞：在不列颠哥伦比亚省的Sakinaw湖;希腊西部的埃利科泻湖;墨西哥的污泥反应堆;缅因州的湾;在南大厦的热带景观中北海岸的北海岸;东太平洋崛起;南达科他州的霍奇矿;和内华达州的大沸腾春天。从这些样品，团队激光分类的9,000个细胞，它们能够重新组装和鉴定201个不同的基因组，然后可以将其与生命树的28个主要未公立的分支对齐。

“微生物是地球上最丰富而佩戴的生活方式，”Tanja Woyke，Doe JGI Microbial计划负责人和高级作者在自然出版物上。“他们占据了每一个可想到的环境利基，从海洋的极端深处到最干燥的沙漠中。然而，我们对他们的习惯和潜在利益的了解受到阻碍，即这些绝大多数尚未在实验室培养。因此，我们才通过培养无关的方法来了解各种生态系统中的角色，例如偏心组织和单细胞基因组学。我们现在发现的是意想不到的代谢特征，可以扩展我们对生物学和挑战的理解，建立了生命领域之间的界限。“

为了解决实验室中大多数微生物的难度，最近的努力集中于基于测序标记或16S核糖体RNA基因进行调查，这些核糖体RNA基因在微生物谱系上被保守，因为它们作为“管家”基因对生物体至关重要生存。然而，大多数这些谱系的其余基因组的基因组测序变得更加缓慢。“数据库中的微生物基因组表示是非常倾斜的，”克里斯鲁克，Doe JGI博士后研究员和第一个作者的研究。“超过四分之三的所有测序基因组落入三个分类群或植物，但我们已经知道了60多个植物。”但是，对于其中大部分而言，没有可用的培养成员。

“基于16S调查我们知道他们在那里，但我们对他们不太了解 - 这就是为什么我们称之为微生物暗杀，”Woyke补充道。“使用现代单细胞技术使我们能够访问其中一些的遗传化妆，即使在实验室中也不会在没有生长它们。”

在这种努力“寻求新的生活”中，球队的调查结果落入了三个主要领域。第一个是发现意外的代谢特征。他们观察到Archaea中某些性状，以前仅在细菌中看到，反之亦然。一种这样的特征涉及一种酶，即细菌通常用于在其保护细胞壁内产生空间，所以可以例如细胞在细胞间隙期间膨胀。由于它相当慷慨地切割保护细菌细胞包络，需要非常紧密调节。发现了一组古痤疮编码了这种有效的酶，而作者假设古代可能将其作为防止攻击细菌部署。

从工作中产生的第二次贡献是正确的重新分配，或融合，将其他3.4亿DNA片段与其他栖息地到适当的血统的数据。本课程更正提供了有机体在特定生态系统的背景下如何运作的洞察，以及对新发现基因与居民生活形式的新发现基因的关联的大大改善和更准确的理解。

第三个发现是微生物诸如域名和班级之间的分类法排名的关系的解决 - 这导致团队提出了两个新的超级，这是诸至平的高度稳定的关联。201基因组提供了固体参考点，用于系统发生的锚 - 随着时间的推移而改变的生物体的谱系史。“我们的单细胞基因组给了我们一瞥未开垦的生物 - 洞察力延伸到16S RRNA树的单一基因座分辨率之间的洞察力的进化关系，对学习细菌和古代普遍性和进化至关重要，”Woyke表示。“这有点像看着一棵家谱到P谁是你的姐妹和兄弟们。在这里，我们为我们专门有遗传信息的碎片进行了影响。我们解释了数百万这些位的遗传信息，如夜空中的遥远的星星，试图将它们与可识别的星座相结合。起初，我们不知道他们应该看起来像什么，但我们可以估计他们彼此的关系，而不是空间，而是超越进化时间。“Woyke和她的同事正在追求这些关系的更准确的表征，使得它们可以更好地预测可以由不同微生物组表达的代谢性和其他有用的性状。

菲尔斯兰大学澳大利亚常昔遗工中心董事菲尔·胡伦博士，前任JGI研究人员，另一篇论文的作者中，加强了对这一种类探险的动机。“近20年来，我们已经令人惊讶的是，在生活树的大规模地区知之甚少。该项目是第一次解决这一巨大知识差距的系统努力。其中一个最重要的贡献是基于这些数据，我们为许多这些谱系提供了许多这些谱系的名称，这些谱系就像大多数星系一样，才刚刚编号。对我来说，分类学作业很重要，因为它在陌生人欢迎并使他们成为家庭的一部分。然而这只是一个开始。我们正在谈论仍有数百万的微生物物种，仍将描述，“Hugenholtz说。

宇宙学家只映射了一个可观察宇宙的一半，环境基因组学前前方的道路同样令人生畏。“仍然有一个惊人的普遍存在探索，”Woyke说。“试图捕获目前已知的系统发育普遍性的50％，我们必须序列20,000种基因组，并且必须根据作为树上的代表性分支的成员来选择这些内容。并且，确定，这些只是所知道的存在。“

自然出版物“洞察过博物会发育和编码潜力的微生物暗物质”建立在DOE JGI试点项目，细菌和古亚的基因组百科全书（Geba：http://www.jgi.doe.gov/programs/geba/ ）和与其他国际努力（如微生物地球项目）密切关注，旨在产生全面的全部基因组目录（http://www.microbial -earth.org）和地球微生物组项目（HTTP ：//www.earthmicrobiome.org）。有关Geba-MDM的更多信息，请访问http://genome.jgi.doe.gov/mdm/。

加入MDM纸的作者博士是Bielefeld University的研究人员，德国，加州大学，戴维斯，科技大学悉尼，英国哥伦比亚大学，内华达大学，内华达大学，拉斯维加斯大学是，西希腊大学，伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟大学，澳大利亚昆士兰大学澳大利亚学院伊利诺伊州伊利诺伊大学。

出版物：Christian Rinke等人，“洞察力发育和微生物暗物质的系统和编码潜力，”自然（2013）; DOI：10.1038 / Nature12352

图像：Zosia Rostomian，伯克利实验室