探秘海洋微生物基因宝库：开启未来科技新征程

作者段跃初黄艳红黄湘红

在广袤无垠的海洋中，隐藏着无数不为人知的奥秘。近日，一个由华大生命科学研究院参与的国际联合研究团队，共同构建了拥有超 4.31 万个海洋微生物基因组和 24.58 亿个基因序列的海洋微生物基因数据库，犹如一把钥匙，为我们打开了海洋微生物世界的神秘大门。这一重大成果于 9 月 4 日在《自然》期刊发表，引起了全球科学界的高度关注。

9 月 5 日，从华大生命科学研究院举行的“千种海洋生物基因测序项目”成果暨全球海洋微生物基因库建设及应用成果联合发布会上，我们获悉了更多关于这个惊人数据库的信息。

海洋，占据了地球表面积的约 71%，是生命的摇篮。海洋微生物作为海洋生态系统的重要组成部分，虽然微小，却蕴含着巨大的能量。这个新构建的海洋微生物基因数据库包含了从南极到北极、从近海到深远海、从表层海洋到万米超深渊等海洋生态系统的丰富信息，其规模是已报道海洋基因组数据库 Tara Ocean 的 3 倍、蛋白序列库的 60 倍。其中，令人振奋的是，有 2 万多个微生物是新发现物种，约 1 万个微生物在深海中首次被发现。

华大生命科学研究院分院院长范广益表示，此研究极大拓宽了对海洋古菌、海洋细菌等海洋微生物多样性的理解。通过对目前已公开的接近 240TB 海洋微生物宏基因组数据进行分析，历时五年，研究团队精心构建了这个宝贵的数据库。它为我们解析并绘制了全球海洋微生物群落的生物地理分布模式，为理解微生物如何在不同环境中分布提供了新视角，也为海洋微生物演化、环境适应性及生态学研究提供了新机遇。

在这个数据库的众多发现中，有一项成果尤为引人注目——研究团队发现了 3 个深海来源的高活性新型嗜盐 PET 塑料降解酶。塑料污染是当今全球性的难题，给环境带来了巨大的压力。而这种新型降解酶 3 天内对 PET 薄膜降解率达到 83%，是已报道的 IsPETase 塑料降解酶活性的 44 倍。山东大学青岛校区副校长李盛英介绍说：“一克这种降解酶就可以降解 55 个 500 毫升塑料矿泉水瓶。”这一发现对解决塑料污染问题，尤其是我国实现 PET 塑料的绿色低碳可持续利用，减少塑料制造工业对石油的依赖和碳排放起到了积极作用。

此外，相关研究还揭示了海洋微生物多样性及其在新型基因编辑系统、抗菌肽等微生物功能勘探中的巨大潜力。“基因剪刀”被誉为生命科学领域的革命性技术，在本次研究中，研究团队鉴定出了 36 个新型基因编辑系统，并挖掘出了一个具有潜在应用价值的新型编辑系统。这将为我国在基因编辑工具的使用上带来更多选择。

同时，研究团队还鉴定了 117 个新型抗菌肽，并通过生物合成和实验验证发现其中 10 个具有显著抗菌活性及广谱抗菌效果。抗菌肽是具有抗菌活性的多肽物质，未来有望开发出全新的抗生素或其他药物，为抗生素耐药性难题提供新的解决方案。

基于此成果，华大目前已联合香港理工大学，成立香港理工大学—华大·全球深海资源基因组学和合成生物学联合研究中心，实施进一步研发和产业化。国际海洋微生物生态学研究专家穆拉特·埃伦认为这一项目很好地证明了海洋微生物的无限可能，为在海量基因组数据中挖掘生物技术与生物医学相关的宝贵资源指引了方向。海洋微生物多样性研究专家汤姆·德尔蒙也表示，这一研究标志着海洋宏基因组学领域的新高度，凸显了海洋微生物在改善人类福祉和促进环境可持续发展上的关键作用。

中国科学院院士杨焕明更是高度评价了这一研究成果：“这一研究标志着海洋宏基因组学领域的新高度，凸显了海洋微生物在改善人类福祉和促进环境可持续发展上的关键作用。这些发现不仅为全球科学家对海洋的可持续探索和利用开辟了广阔前景，也为未来生物技术和生物医学研究奠定了基础。”

海洋微生物基因数据库的构建，是人类对海洋探索的又一重大里程碑。它让我们更加深入地了解了海洋微生物的多样性和巨大潜力，为解决全球性难题提供了新的思路和方法。未来，随着对海洋微生物基因宝库的不断挖掘，我们相信，将会有更多的惊喜等待着我们，为人类的发展和进步带来更多的福祉。