最近的研究表明，我们的海洋在解决诸如抗微生物药物缺乏、塑料废物解决方案和基因组编辑创新酶等重大问题中可以发挥至关重要的作用。
在过去的二十年中，科学家们成功地收集了大量来自海洋源的微生物基因组。然而，在生物技术和医疗领域应用这些宝贵的信息证明是具有挑战性的。
这项最新研究由BGI研究与中国山东大学、厦门大学、中国海洋大学、丹麦哥本哈根大学和英国东安格利亚大学合作进行，研究了来自海洋样本获得的近43,200个微生物基因组（包括细菌和 archaea），揭示了由138个不同组组成的显著多样性。
研究人员获得了基因组大小演化的新见解，以及海洋微生物如何在其免疫防御必不可少的CRISPR-Cas系统和抗生素耐药基因之间维持平衡。许多这些基因是由抗生素触发的，使微生物能够生存。
CRISPR-Cas系统和抗生素耐药基因都构成了细菌免疫系统的一部分。研究团队使用计算技术识别出了一种新的CRISPR-Cas9系统和十种抗微生物肽，这些肽也是各种生物免疫系统的重要组成部分。
抗微生物药物——例如抗生素、抗病毒药物、抗真菌药物和抗寄生虫药物——是用于预防和管理人类、动物和植物感染的药物。然而，世界卫生组织警告称，某些药物的过度使用导致耐药性增加，从而危及对越来越多感染的有效预防和治疗，强调了新替代方案的必要性。
在他们发表在《自然》杂志上的研究中，研究人员还发现了三种能够降解一种常见海洋塑料污染物——聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的酶，这对环境和健康构成了重大关切。
实验室测试验证了从海洋宏基因组学获得的结果，展示了它们的良好应用潜力。首席作者、东安格利亚大学环境科学学院海洋微生物学教授托马斯·莫克（Thomas Mock）指出，这项研究将海洋宏基因组学领域提升到了“新水平”。
“这项研究强调了对海洋微生物组进行大规模宏基因组测序的潜力，以增强我们对海洋微生物多样性及其演化的理解，并发现利用这些知识在生物技术和医学中的新方法，”莫克教授解释道。
“海洋微生物与其环境之间的关系是全球过程的基础，如碳固定和养分循环。因此，这些动态对于使地球宜居至关重要，因为海洋是地球上最大和最重要的生态系统。
“盐度、温度波动、光照可用性和压力变化等元素（从海洋表面到其最深的沟壑，从极地到热带）创造了独特的选择压力，推动了海洋微生物的适应与共同进化。
“在这些见解的基础上，我们的研究利用从宏基因组获得的海洋微生物基因组作为基因挖掘和生物勘探的关键资产，促进新基因工具和生物活性物质的发现。”
这些数据涵盖了全球海洋生态系统的广泛范围，从极地到极地，从表面到海洋深处。这项研究通过创建一个新公开可访问的数据库，提供了大约24,200个物种级基因组，从而显著增强了对海洋微生物组的理解。
“尽管以前的研究已经揭示了海洋生态系统在保护生物多样性方面的作用，但我们的工作扩展了这些发现，并为可持续探索和利用海洋开辟了新的途径，考虑到人类面临的全球挑战，这是及时的，”莫克教授表示。
“通过对海洋微生物组进行基于深度学习的基因组挖掘，结合生化和生物物理实验，推进这项研究对解决抗微生物药物短缺和海洋污染等紧迫全球问题具有很大潜力。
“这一方法强调了海洋微生物组在促进人类健康和推动环境可持续性方面的重要作用。”
