人們對(duì)微生物的了解還相當(dāng)匱乏，因?yàn)樵S多微生物是無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的。加州理工和美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所的研究人員成功開(kāi)發(fā)了新型分析技術(shù)，探索“微生物暗物質(zhì)”。
　　
 　微生物幾乎是無(wú)所不在的，它們對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康起到了不容忽視的作用。然而人們對(duì)微生物的了解還相當(dāng)匱乏，因?yàn)樵S多微生物是無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的。科學(xué)家們想了很多方法來(lái)探索這些“微生物暗物質(zhì)”，但還不能同時(shí)鑒定微生物的身份和活性。
　　
　現(xiàn)在，加州理工（Caltech）和美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所（DOEJGI）的研究人員成功開(kāi)發(fā)了這樣的分析技術(shù)。這一重要研究成果于六月二十八日發(fā)表在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊PNAS雜志上。
　　
　“探索微生物暗物質(zhì)目前最大的一個(gè)問(wèn)題是，鑒定微生物的代謝活性及其在整個(gè)體系中承擔(dān)的功能相當(dāng)麻煩。傳統(tǒng)方法雖然特異性好靈敏度高，但研究過(guò)程特別繁瑣，實(shí)驗(yàn)成本也比較高，”文章第一作者，Caltech的RolandHatzenpichler博士說(shuō)。“因此，我們需要通量更高、成本更低的分析方法。BONCAT就是這樣一種新技術(shù)。”
　　
　BONCAT：探索微生物組的高通量技術(shù)
　　
　BONCAT（BioOrthogonalNon-CanonicalAminoacidTagging）是原本是用于生物工程研究的。Hatzenpichler及其同事對(duì)這個(gè)技術(shù)稍加改動(dòng)，把它應(yīng)用到了微生物領(lǐng)域。BONCAT主要是用人工合成的氨基酸標(biāo)記正在生產(chǎn)蛋白的細(xì)胞。對(duì)這些氨基酸進(jìn)行熒光染色，就可以在群體中看到活躍細(xì)胞。
　　
　研究人員從美國(guó)沿海的甲烷滲漏區(qū)收集沉積物樣本。這些樣本含有在一起共生的甲烷氧化菌ANME和硫酸鹽還原菌SRB，它們能去除海洋沉積物釋放的大部分甲烷（約80%）。研究人員建立了一系列模擬條件，對(duì)這些樣本進(jìn)行培養(yǎng)，跟蹤甲烷代謝菌的緩慢生長(zhǎng)。他們將BONCAT與FISH結(jié)合起來(lái)，在不同條件下鑒定活躍的微生物。“一般來(lái)說(shuō)，甲烷滲漏區(qū)生活著甲烷氧化菌的不同群體，”Hatzenpichler解釋道。“過(guò)去人們一直認(rèn)為，不同甲烷氧化菌的活躍時(shí)間存在差異。我們通過(guò)BONCAT分析發(fā)現(xiàn)，甲烷氧化菌在培養(yǎng)過(guò)程中是共同起作用的。”
　　
　當(dāng)BONCAT遇上流式細(xì)胞術(shù)
　　
　研究人員還將BONCAT與流式細(xì)胞技術(shù)結(jié)合起來(lái)，分選在特定條件下活躍的微生物細(xì)胞。他們對(duì)分選出來(lái)的微生物細(xì)胞進(jìn)行全基因組擴(kuò)增，隨后測(cè)序16SrRNA標(biāo)志基因，由此鑒定其中的微生物。研究人員正在對(duì)這些樣本進(jìn)行全基因組測(cè)序，希望從中獲得更多的實(shí)用信息。
　　
　BONCAT-FACS的結(jié)果表明，甲烷氧化菌不僅與硫酸鹽還原菌相互作用，有時(shí)還與疣微菌門(mén)的成員產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。這說(shuō)明甲烷氧化菌的共生關(guān)系比人們想象的更為廣泛。這些互作關(guān)系是否對(duì)雙方都有利，還有待于進(jìn)一步研究。
　　
　宏基因組學(xué)是了解微生物暗物質(zhì)的重要途徑。NatureMethods雜志發(fā)布了一個(gè)名為T(mén)ruSPADES的強(qiáng)大工具，可以大大提升研究者們測(cè)序宏基因組的能力。這種算法能將Illumina測(cè)序儀生成的300bp短讀取，合并成大約1萬(wàn)bp的基因組片段（SyntheticLongReads）。如果說(shuō)用短讀取相當(dāng)于語(yǔ)句，那么長(zhǎng)片段就是整章文字。顯而易見(jiàn)，把整章文字還原成一本書(shū)要容易得多。
　　
　人類消化道中居住著大量的微生物，它們被統(tǒng)稱為腸道微生物組。腸道微生物組在人類代謝食物、抵御感染和應(yīng)答藥物等過(guò)程中起到了重要的作用。許多人類疾病都與微生物組失衡有關(guān)。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，對(duì)微生物組用藥可以治療心臟病。研究顯示，地中海式飲食通過(guò)改變腸道菌的活性來(lái)發(fā)揮健康效應(yīng)。膳食補(bǔ)充一種在紅酒和橄欖油中含量豐富的天然化合物，可以防止小鼠腸道菌將不健康食品轉(zhuǎn)化為堵塞動(dòng)脈的代謝副產(chǎn)品。研究人員在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了首個(gè)干涉腸道菌代謝活性的藥物，這種藥物有望治療人類的心臟病。
　　
　自閉癥又稱孤獨(dú)癥，是一種發(fā)育障礙類疾病，可導(dǎo)致嚴(yán)重的社交行為變化，主要表現(xiàn)為社交障礙、溝通困難、重復(fù)和刻板行為以及言語(yǔ)發(fā)育遲緩。Baylor醫(yī)學(xué)院的研究人員最近在Cell雜志上發(fā)表文章指出，缺乏一種腸道菌會(huì)使小鼠出現(xiàn)與自閉癥譜系障礙（ASD）類似的社交障礙。給缺陷小鼠腸道補(bǔ)充這種腸道菌，可以逆轉(zhuǎn)它們的一些行為缺陷。