Nature印發：中外科學家構建全球微生物基因目錄

　　 復旦大學類腦研究院青年研究員路易斯·佩德羅·科埃略、教授趙興明、名譽教授皮爾·伯克與來自德國、西班牙、美國、英國等多國科學家合作，基于全球微生物組的概念，將地球上不同棲息地的微生物作為統一系統，運用人工智能技術對1.3萬個公開宏基因組樣本進行挖掘，構建了迄今為止最全面的全球微生物基因目錄，為全球微生物組研究邁出了重要一步。

　　12月16日，相關研究成果以長文形式發表于《自然》。

　　微生物在地球中無處不在，隱藏在人們的皮膚、腸道以及土壤、河流、海洋等環境中，構成一個個復雜的微生物組群落。傳統微生物組研究按照人類微生物、海洋微生物等不同棲息地分別進行研究，無法在全球視野下描述不同棲息環境中微生物群落的相互關聯。

　　基因目錄對于描述微生物群落的物種組成和功能特性具有重要意義。自2010年歐洲分子生物學實驗室和華大基因構建首個人類腸道微生物基因目錄以來，新興的微生物基因目錄為研究人類生理學和疾病提供了重要線索。

　　這次構建的全球微生物基因目錄涵蓋了腸道、口腔、皮膚、海洋、土壤等14個微生物的主要棲息地，收集了13174個公開可用的高質量宏基因組和84029個高質量的基因組，得到了包含3.03億個物種級的基因（95%的核酸一致性聚類），是迄今為止最全面的全球微生物基因目錄，將為地球生態研究和人類健康研究提供重要貢獻。

　　同時，研究人員發現，大多數基因都是棲息環境特異性的，這與微生物傾向于適應環境的特性是一致的；只有5.8%物種水平的單基因簇是多棲息環境基因，多棲息環境基因主要富集在抗生素耐藥性基因和移動遺傳原件。

　　研究人員進一步研究了宏基因組中單基因簇的頻率，發現大多數單基因簇是出現頻率低于0.1%的罕見基因。單基因簇的頻率服從中性（或接近中性）進化假設下的冪律分布。事實上，雖然觀察到很多變異，但大多數變異并不是對環境的適應，而是由所謂的“中性進化”驅動：變異只是隨機的結果，而不是達爾文選擇。

　　研究人員表示，這些發現對于理解抗生素抗性的產生，以及未來抗菌藥物的研發具有重要的意義。

　　據介紹，論文的第一作者和共同通訊作者科埃略于2018年全職加入復旦，此前專注于利用宏基因組及顯微圖像技術對微生物群體進行分析。

　　趙興明表示，前沿科學越來越突破學科界限，需要全域視野和全球視野。本研究構建了一個全球視域下的微生物基因目錄，對于理解微生物與人類健康的關系具有重要的作用。團隊未來還將基于所開發的基因目錄，進一步與國內外科研院所和臨床醫療開展合作，探究微生物包括人體腸道微生物與人類生命大健康、大腦認知和行為等方面的影響。