今年秋季,，當(dāng)游客們?cè)贓plegaarden果園中采摘蘋果時(shí),，可能并不知道他們正走在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室中,，研究小組正在其中收集數(shù)據(jù)以了解防止蘋果發(fā)生疾病的藥物是否會(huì)導(dǎo)致微生物產(chǎn)生抗藥性。
由威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校（UW-Madison）的JoHandelsman領(lǐng)導(dǎo)的研究組使用元基因組學(xué)方法,，這是迄今研究基因如何工作的最新技術(shù),。UW細(xì)菌學(xué)系主任及霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所教授，同時(shí)也是今年國立研究委員關(guān)于元基因組報(bào)告的共同作者Handelsman表示,，元基因組學(xué)將是生物學(xué)研究的下一個(gè)浪潮,。
據(jù)報(bào)道，微生物學(xué)在歷史上一直致力于研究生物體的單個(gè)物種,，但大多數(shù)微生物的生命活動(dòng)由復(fù)雜的微生物群落來完成,。元基因組學(xué)為科學(xué)家提供了研究不同微生物構(gòu)成的群落及其相互關(guān)系的工具。美國國家科學(xué)基金會(huì)的一個(gè)項(xiàng)目主管MatthewKane表示,，元基因組技術(shù)極大促進(jìn)了微生物科學(xué)的發(fā)展,，Kane主管的項(xiàng)目大多數(shù)用于支持元基因組學(xué)的研究。
這種新方法可能加快基因測(cè)序,，并利用計(jì)算機(jī)來分析基因,，給研究者大量有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)及其適應(yīng)性調(diào)節(jié)的信息。實(shí)際上,，產(chǎn)生元基因組學(xué)方法的驅(qū)動(dòng)力來源于一次科學(xué)失敗,。
Handelsman及其他研究人員指出，他們無法在實(shí)驗(yàn)室中培育占絕大多數(shù)的微生物進(jìn)行研究,，根本不知道這些生物體賴以生長(zhǎng),。美國能源部聯(lián)合基因組研究所SusannahTringe表示，微生物幾乎生活在每個(gè)棲息處,，不論是土壤還是水中,，如果試圖將它們帶回實(shí)驗(yàn)室，則可能會(huì)培育出一些東西,，但它們通常不是占優(yōu)勢(shì)的微生物,，可以從微生物中分離DNA，因?yàn)镈NA是了解這些群落的途徑,。Tringe所指的"群落"即是微生物群落及其生活的環(huán)境,。例如，在蘋果園里,，Handelsman可以研究一些土壤作物中的微生物群落,，瓦解細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，融合不同細(xì)菌的基因組并分析其功能，以檢驗(yàn)用于蘋果樹的抗生素以探明基因是否使抗生素失效,。這項(xiàng)研究有助于果園主知道他們使用抗生素的成效,，并使研究人員鑒定抗藥性相關(guān)的基因。
從蜜蜂到污水
研究人員已不僅僅在威斯康辛州蘋果園中使用元基因組技術(shù),。這項(xiàng)技術(shù)還運(yùn)用于其他多個(gè)領(lǐng)域,，比如導(dǎo)致蜜蜂死亡的神秘疾病到底有什么秘密之處，了解借助微生物興建污水處理廠的方式,，惡性樹木蟲害的防治等,。
蜂群衰竭失調(diào)使研究人員和養(yǎng)蜂者感到困惑，并成為當(dāng)年的國際新聞,。大量蜜蜂沒有回到蜂房,，這對(duì)作物的授粉過程產(chǎn)生了一定的影響。但到了9月,，對(duì)這一奇怪現(xiàn)象有了一種可能的解決辦法,。一個(gè)研究小組在Science雜志上報(bào)道，這些蜜蜂感染了以色列急性癱瘓病毒（Israeliacuteparalysisvirus）,，借助元基因組技術(shù)進(jìn)行基因分析有望鑒定其中的基因,。
元基因組學(xué)還有助于了解微生物的工作原理，比如污水處理廠的運(yùn)作,。一種被稱為Accumulibacterphosphatis的細(xì)菌可以在廢水處理廠里生存,，并從廢棄物中除去磷。UW-Madison民用與環(huán)境工程系副教授TrinaMcMahon等人,，于9月的NatureBiotechnology雜志上發(fā)表了通過元基因組技術(shù)對(duì)這種細(xì)菌的基因序列的研究結(jié)果,。這種細(xì)菌在低氧環(huán)境中會(huì)積聚磷,，為了促進(jìn)這一作用,，污水處理時(shí)減少設(shè)備中的氧氣，以誘導(dǎo)這種細(xì)菌積聚大量磷,。
消化木材
了解生活在食用木材的昆蟲腸道中的微生物基因如何消化木質(zhì)素,，也許可以解決國家對(duì)于生物燃料的需求。賓夕法尼亞大學(xué)的KelliHoover和JohnCarlson正在研究亞洲長(zhǎng)角甲蟲（Asianlong-hornedbeetle）腸道中微生物的基因組,。這種甲蟲可降解木質(zhì)素以獲得纖維素,。Carlson希望找到單個(gè)細(xì)菌基因，可分泌酶進(jìn)入昆蟲腸道,，這有助于去除木質(zhì)素使纖維素更易獲得,。如果找到了這種基因，這將使從木材中制造乙醇更容易且成本對(duì)產(chǎn)業(yè)更具吸引力,。
人類微生物組
人類與元基因組學(xué)更是息息相關(guān),。據(jù)由Handelsman報(bào)道，在人體表面和內(nèi)部的細(xì)菌細(xì)胞估計(jì)是人類自身細(xì)胞的10倍，甚至是100倍以上的微生物,。因此,，科學(xué)家正急于確定那些基因和人類自身基因的關(guān)系。美國國立衛(wèi)生研究院正資助一項(xiàng)人類微生物組項(xiàng)目,，以揭示這種關(guān)系,。美國國家人類基因組研究所的人類微生物組項(xiàng)目組長(zhǎng)表示，希望可以發(fā)現(xiàn)一定的關(guān)系,，是否存在核心微生物組,？是否每個(gè)人都有一套自己的元基因組？
2006年,，由華盛頓大學(xué)（WashingtonUniversity）JeffreyGordon領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員報(bào)道,，肥胖人群的腸道中有與非肥胖人群具有不同的微生物群落，前者中的微生物能更好地從食物中攝取熱量,。
盡管元基因組計(jì)劃帶來了希望并引起廣泛關(guān)注,，Kane提醒人們這些技術(shù)并不是生物學(xué)的萬能藥。比如,，生物學(xué)家需要了解元基因組中的基因如何包裝在單個(gè)細(xì)胞中,，它們?nèi)绾慰刂撇⒈磉_(dá)的，以及它們是如何一起工作的,。
來源：Journal Sentinel Inc
