微生物无处不在

在地球微生物组计划中，由加州大学圣地亚哥分校，太平洋西北国家实验室，芝加哥大学和阿贡国家实验室的研究人员共同领导的广泛的全球团队从全球众多不同的环境中收集了27,000多个样本。他们分析了生活在每个样本中的微生物的独特集合 - 生成第一个细菌定居行星的参考数据库。由于新标准化协议，原始分析方法和开放数据共享，随着新数据的增加，项目将继续增长和改进。描述这一努力的论文于11月1日在“自然”杂志上发表，由全球160多家机构的300多名研究人员共同撰写。

地球微生物组计划由加州大学圣地亚哥分校医学院教授，​​加州大学圣地亚哥分校微生物群创新中心主任Rob Knight博士于2010年创立。Jack Gilbert博士，芝加哥大学微生物中心教授兼教授，阿贡国家实验室微生物生态学组组长;Rick Stevens博士，阿贡国家实验室副实验室主任，芝加哥大学教授兼高级研究员;和Janet Jansson博士，太平洋西北国家实验室生物学和实验室研究员，首席科学家。Knight，Gilbert和Jansson也是Nature论文的共同高级作者，Stevens是他的合着者。

“这个数据库的潜在应用和我们现在可以提出的研究问题类型几乎是无限的，”奈特说。“这只是一个例子 - 我们现在可以通过了解其微生物组，或者生活在其中的微生物的类型和相对数量来确定样本来自90%以上的样本环境。这可能是有用的法医信息在犯罪现场......想想'CSI。'“

地球微生物组计划的目标是尽可能多地采集地球上的微生物群落，以促进对微生物及其与环境(包括植物，动物和人类)的关系的科学认识。这项任务需要全球科学家的帮助。到目前为止，该项目已跨越七大洲和43个国家，从北极到南极，500多名研究人员为样本和数据收集做出了贡献。项目成员将此信息用作大约100项研究的一部分，其中一半已在同行评审的期刊上发表。

“微生物无处不在，”第一作者Luke Thompson博士说，他是Knight实验室的博士后研究员，现任国家海洋和大气管理局(NOAA)的研究员，担任项目经理。“然而，在这项大规模的工作之前，微生物群落组成的变化主要是通过一次关注一种样本类型，一次一个区域来确定的。这使得难以识别不同环境和地理的模式来推断广义原则。”

项目成员通过对16S rRNA基因进行测序来分析各种环境，地理位置和化学物质中的细菌多样性，16S rRNA基因是细菌及其亲属古细菌的特异性遗传标记。16S rRNA序列作为“条形码”识别不同类型的细菌，使研究人员能够在世界各地的样本中跟踪它们。Earth Microbiome Project的研究人员还使用了一种新方法来消除数据中的测序错误，使他们能够更准确地了解微生物组中独特序列的数量。

在第一批数据中，地球微生物组项目团队确定了大约300,000个独特的微生物16S rRNA序列，其中近90%在预先存在的数据库中没有完全匹配。

预先存在的16S rRNA序列是有限的，因为它们的设计不允许研究人员以对未来有用的方式添加数据。项目共同作者，奈特实验室的博士后研究员Jon Sanders博士将这些其他数据库和地球微生物项目之间的差异与电话簿和Facebook之间的差异进行了比较。“在此之前，你必须写下来才能列出你的序列，而且列表中很少包含序列来自何处或者发现其他序列的信息，”他说。“现在，我们有一个支持所有其他背景的框架，它可以有机地发展，以支持新的问题和见解。”

吉尔伯特说：“目前已有大量的微生物多样性留下目录。然而，我们已经'重新捕获'了大约一半的已知细菌序列。”“有了这些信息，地球微生物分布的模式已经出现。”

根据吉尔伯特的观点，最令人惊讶的观察之一是独特的16S序列对个体环境的特异性远远超过科学家使用的典型物种单位。地球微生物组项目采样的环境多样性有助于证明微生物组的局部环境有多大。例如，鲸类(鲸鱼和海豚)和鱼类的皮肤微生物组彼此更相似，而不是它们游泳的水;相反，盐水微生物组中的盐使它们与淡水区别开来，但它们仍然比水生动物皮肤更相似。总体而言，宿主(例如人或动物)的微生物组与自由生活的微生物组完全不同，例如在水和土壤中发现的微生物组。例如，自由生活的微生物组通常比宿主相关的微生物组更加多样化。

“这些全球生态模式只是对协调和累积抽样的可能性的一瞥，”Jansson说。“需要更多的抽样来考虑纬度和海拔等因素，并跟踪环境随时间的变化。地球微生物群项目既提供了探索无数问题的资源，也是引导获取新数据的起点。回答他们。”