新技术照亮了无法在实验室培养的微生物

在斯坦福大学，研究人员使用一种新的微流体分析系统从两个黄石国家公园温泉的样本中提取29种新的微生物基因组(完整的遗传物质)。他们在保留单细胞分辨率的同时提取了基因组，这意味着他们知道遗传物质来自哪些细胞。这项工作是通过一种新技术实现的，该技术将样品分开以实现对微生物遗传物质的准确分析。具体而言，它提供了基因组功能和丰度的详细信息。这项工作得到了新兴技术机会计划的启动，该计划是美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)的一部分，该机构是美国能源部科学办公室的用户设施。

这项新技术揭示了微生物“暗物质”，这是来自地球上大部分微生物多样性的遗传信息，这些信息尚未在实验室中生长。这些微生物生活在各种各样的地方，如温泉和沙漠，南极冰层下面和超级基金场的酸性矿井排水。可以确定微生物遗传和代谢的工具将在生物能源，生物技术和环境研究等领域得到应用。

有超过50,000个微生物基因组DOE JGI的综合微生物基因组可公开访问的数据库中的序列，其中许多已经使用宏基因组测序和单细胞基因组学发现。尽管它们具有实用性，但这些测序和基因组学技术具有局限性：单细胞基因组扩增是耗时的，通常是不完整的，并且如果环境样品不太复杂，则宏基因组测序通常效果最好。在eLife，来自斯坦福大学的一组研究人员报告了基于微流体的微型宏基因组学方法的发展，以缓解这些挑战。该技术首先通过使用微流体将其分离为96个子样本(每个样本具有5到10个细胞)来降低环境样本的复杂性。然后，扩增每个子样品中细胞的基因组，并创建文库以对这些微型宏基因组进行测序。较小的子样本可以保持单细胞分辨率以进行统计分析。来自许多子样本的共现模式也可用于执行与序列无关的基因组分组。该技术是通过DOE JGI的新兴技术机会计划提供的资源开发的，该计划于2013年启动。

JGI新兴技术机会计划的目标是利用这些新技术解决能源和环境应用问题，为DOE JGI用户的高通量测序和分析增加价值。该团队使用合成微生物群体验证了该技术，然后将其应用于黄石国家公园的Bijah和Mound温泉的样本。他们的研究结果表明，Mound Spring的微生物产生甲烷的可能性高于Bijah Spring的微生物。他们还从Bijah Spring发现了一种可以将亚硝酸盐还原为氮的微生物基因组。应用这项新技术额外的样本点将增加迄今为止未具有特征的微生物能力范围，具有潜在的DOE任务适用性。