微生物失踪案

用于观察微生物种群多样性的标准技术可能遗漏了大量重要的细菌。不幸的是,目前还没有简单的解决方法。
 

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


微生物无处不在,更不用说在我们体内了,但是发现和描述它们并非易事。但事情正在变得容易。正如我去年写到的,DNA测序技术的进步意味着我们不再局限于分离单个微生物,在实验室中培养它们并逐个研究。相反,我们可以从特定环境中分离DNA,然后对其中存在的所有物质进行测序。但是,新期刊《自然·微生物学》上发表的一篇论文表明,分析新微生物种群的最常用方法系统地遗漏了其中很大一部分。

宏基因组学揭示了基于扩增子的微生物多样性检测的缺陷

除非您是微生物学家,否则您可能需要了解标题中的两个术语——“宏基因组学”和“基于扩增子的检测”的入门知识。我在去年的系列文章中对它们进行了更完整的介绍,但我将简要回顾一下。对于这种测序方法,一个有用的比喻是走进图书馆并尝试编目其内容。扩增子测序就像扫描书脊并仅记录其标题,而宏基因组测序就像浏览并记录所有书籍内的文本。当然,您可以想象哪种方法更容易。


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这个比喻并不完美,因为基因组没有容易访问的“标题”。相反,科学家们知道标题通常采用的形式,并且可以使用称为聚合酶链反应或PCR的技术来扩增这些序列。这篇论文表明,科学家们一直在使用的所谓“通用”引物并不像我们想象的那么通用。这就像我们只一直在寻找以字母开头的标题,并且在许多情况下完全错过了奥威尔的《1984》

Emiley A. Eloe-Fadrosh 及其同事分析了超过 6000 个宏基因组数据集,并检查了常用微生物引物可以检测到多少 SSU 基因(用作基因组标题的基因)。他们发现,10% 或更多会被完全遗漏。毫不奇怪,大多数会被遗漏的细菌是新型或至少研究非常不足的物种的成员。

图 1a - 给定引物会遗漏的宏基因组样本中微生物的百分比。

 

不幸的是,解决这个问题的方法并不明显。作者指出了单细胞和深度宏基因组测序,但是这些技术仍然相对昂贵,尤其是在分析返回的大量数据所需的专业知识和计算基础设施方面。在功能性地描述这些大量的新细菌方面也存在巨大差距——仅仅因为我们知道它们在那里,并不意味着我们知道它们是做什么的。尽管如此,知道它们在那里是必要的第一步。

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