科研團隊發布極端環境微生物“數字寶庫”

深海高壓黑暗、冰川終年嚴寒、鹽湖高鹽脫水、地熱泉高溫滾燙……這些看起來寸草不生的極端環境，卻仍有微生物的存在。為了在“生命禁區”存活，這些微生物進化出了特殊的生存技能，也產生了大量獨特的活性物質，是天然的藥物資源庫。但長期以來，科學界缺乏全球尺度、跨生境的系統性整合研究，大量珍貴的微生物資源尚未被系統整理和利用。

近日，華大生命科學研究院聯合大連理工大學等多家單位，正式發布多生境極端環境微生物組綜合資源庫（EEMC）。該研究整合了全球海量宏基因組與微生物分離株，構建包含7.8萬個中高質量基因組、近40億非冗余基因的超大數據庫，發現大量全新微生物物種。同時，團隊依托蛋白質大語言模型，成功發現一批高效低毒、可對抗多重耐藥菌的新型抗菌肽，為破解全球抗生素耐藥危機提供全新解決方案。相關研究成果發表于《自然—通訊》。

該資源庫共收錄78,213個細菌與古菌基因組，覆蓋深海、冰凍圈、地下、高鹽、高酸、地熱、干旱七大類極端生境；發現32,715個代表性物種，其中超60%為全新未報道物種；包含近40億非冗余基因，近20%為全新基因。與國際主流微生物數據庫對比，EEMC中超85%的物種為獨有新類群。在冰凍圈、深海、高鹽環境中，新物種占比均超60%。

微生物能產生抗菌物質，關鍵在于它們體內的生物合成基因簇。研究團隊從EEMC資源庫中系統挖掘出163,693個生物合成基因簇，歸為6萬余個基因簇家族，其中58.68%為全新家族，顯示極端微生物具備極強的天然產物合成潛力。

在這些基因簇中，核糖體合成與翻譯后修飾肽占比最高，是抗菌肽的理想來源。另外，深海與冰凍圈環境貢獻超57%的生物合成基因簇，成為新型活性物質的核心來源。更特別的是，99.72%的古菌來源的生物合成基因簇為古菌獨有，這為抗生素發現開辟全新方向。

為了從海量候選基因中快速篩選出優質抗菌肽，研究團隊創新搭建蛋白質大語言模型驅動的Metagenomics-AI框架，同步預測多肽的抗菌活性與細胞毒性，打破了傳統模型依賴已知序列、忽視毒性的瓶頸。

論文共同通訊作者、華大生命科學研究院副研究員陳海新表示：“未來，團隊將結合長讀長測序、AI結構預測與合成生物學，持續挖掘極端微生物的極端酶、活性代謝物等資源，為新型抗生素研發、工業生物技術、生態環境保護提供源頭創新支撐，助力應對全球耐藥性挑戰。”

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-71145-0