新研究表明如何利用海洋来帮助解决重大挑战，例如抗菌药物短缺、塑料污染的解决方案和用于基因组编辑的新型酶。

过去20年来，科学家从海洋中收集的微生物基因组数量大幅增加。然而，将这些信息用于生物技术和医学却十分困难。

这项新研究由中国华大基因研究院牵头，与山东大学、厦门大学、中国海洋大学(OUC)、丹麦哥本哈根大学和英国东英吉利大学(UEA)合作开展，研究人员分析了来自海洋样本的近43,200个微生物(细菌、古菌)基因组，发现了138个不同群体的多样性。

它们为基因组大小如何进化提供了新的见解，例如，海洋微生物如何平衡CRISPR-Cas系统(其免疫防御的一部分)与抗生素抗性基因。许多这些基因被抗生素激活，以帮助微生物生存。

CRISRP-Cas系统和抗生素抗性基因也是细菌免疫系统的一部分。研究小组利用基于计算机的方法，发现了一种新的CRISPR-Cas9系统和10种抗菌肽，这是不同生物体免疫系统的另一个重要组成部分。

抗菌药物(包括抗生素、抗病毒药物、抗真菌药物和抗寄生虫药物)是用于预防和治疗人类、动物和植物感染的药物。然而，据世界卫生组织称，某些药物的过度使用导致耐药性不断增加，威胁到有效预防和治疗越来越多的感染，因此有必要寻找新的药物类型。

研究小组在《自然》杂志上发表了一篇题为《全球海洋微生物多样性及其在生物勘探中的潜力》的论文，论文中还发现了三种可以分解污染海洋的常见塑料——聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的酶，这是另一个重大的环境和健康问题。

实验室实验证实了海洋宏基因组学的研究结果，表明其具有潜在的实用性。英国首席作者、东英吉利大学环境科学学院海洋微生物学教授托马斯·莫克表示，这项研究将海洋宏基因组学领域推向了“新高度”。

莫克教授说：“这项研究强调了大规模海洋微生物组宏基因组测序如何帮助我们了解海洋微生物多样性及其进化方式，并找到将这些知识应用于生物技术和医学的新方法。”

“海洋微生物与其环境之间的相互作用支撑着碳固定和营养循环等全球规模的过程。因此，这些相互作用有助于地球的宜居性，因为海洋是地球上最大、最重要的生态系统。

“盐度、温度变化、光照、从海面到海底、从极地到热带的压力差异等因素产生了独特的选择压力，影响着海洋微生物的适应和共同进化。

“基于这些见解，我们的研究利用从宏基因组中检索到的海洋微生物基因组库作为基因组挖掘和生物勘探的关键资源。这种方法使我们能够发现新的遗传工具和生物活性化合物。”

这些数据涵盖了全球各种海洋环境，从极地到极地，从海面到最深的海沟。因此，这项研究通过创建一个新的公开数据库，大大增强了人们对海洋微生物组的了解，该数据库包含约24,200个物种级基因组。

莫克教授表示：“虽然之前的研究已经对海洋系统在维持生物多样性方面的作用提供了初步见解，但我们的研究不仅建立在这些发现的基础上，而且还为可持续探索和利用海洋带来了新的机会，考虑到人类社会在地球上面临的全球挑战，这是早就应该做的。”

“通过基于深度学习的海洋微生物组基因组挖掘，结合生化和生物物理实验室实验来推进这项工作，对于应对抗生素短缺和海洋污染等全球挑战显示出巨大的潜力。

“这种方法强调了海洋微生物群在改善人类福祉和促进环境可持续性方面的关键作用。”

这项工作是诺里奇东安格利亚大学和青岛中国海洋大学之间战略联盟的一部分，旨在支持推进可持续海洋科学技术的综合方法。

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