在地球微生物組計劃中，由加州大學圣地亞哥分校，太平洋西北國家實驗室，芝加哥大學和阿貢國家實驗室的研究人員共同領導的廣泛的全球團隊從全球眾多不同的環(huán)境中收集了27,000多個樣本。他們分析了生活在每個樣本中的微生物的獨特集合 - 生成第一個細菌定居行星的參考數(shù)據(jù)庫。由于新標準化協(xié)議，原始分析方法和開放數(shù)據(jù)共享，隨著新數(shù)據(jù)的增加，項目將繼續(xù)增長和改進。描述這一努力的論文于11月1日在“自然”雜志上發(fā)表，由全球160多家機構的300多名研究人員共同撰寫。

地球微生物組計劃由加州大學圣地亞哥分校醫(yī)學院教授，??加州大學圣地亞哥分校微生物群創(chuàng)新中心主任Rob Knight博士于2010年創(chuàng)立。Jack Gilbert博士，芝加哥大學微生物中心教授兼教授，阿貢國家實驗室微生物生態(tài)學組組長;Rick Stevens博士，阿貢國家實驗室副實驗室主任，芝加哥大學教授兼高級研究員;和Janet Jansson博士，太平洋西北國家實驗室生物學和實驗室研究員，首席科學家。Knight，Gilbert和Jansson也是Nature論文的共同高級作者，Stevens是他的合著者。

“這個數(shù)據(jù)庫的潛在應用和我們現(xiàn)在可以提出的研究問題類型幾乎是無限的，”奈特說。“這只是一個例子 - 我們現(xiàn)在可以通過了解其微生物組，或者生活在其中的微生物的類型和相對數(shù)量來確定樣本來自90%以上的樣本環(huán)境。這可能是有用的法醫(yī)信息在犯罪現(xiàn)場......想想'CSI。'“

地球微生物組計劃的目標是盡可能多地采集地球上的微生物群落，以促進對微生物及其與環(huán)境(包括植物，動物和人類)的關系的科學認識。這項任務需要全球科學家的幫助。到目前為止，該項目已跨越七大洲和43個國家，從北極到南極，500多名研究人員為樣本和數(shù)據(jù)收集做出了貢獻。項目成員將此信息用作大約100項研究的一部分，其中一半已在同行評審的期刊上發(fā)表。

“微生物無處不在，”第一作者Luke Thompson博士說，他是Knight實驗室的博士后研究員，現(xiàn)任國家海洋和大氣管理局(NOAA)的研究員，擔任項目經理。“然而，在這項大規(guī)模的工作之前，微生物群落組成的變化主要是通過一次關注一種樣本類型，一次一個區(qū)域來確定的。這使得難以識別不同環(huán)境和地理的模式來推斷廣義原則。”

項目成員通過對16S rRNA基因進行測序來分析各種環(huán)境，地理位置和化學物質中的細菌多樣性，16S rRNA基因是細菌及其親屬古細菌的特異性遺傳標記。16S rRNA序列作為“條形碼”識別不同類型的細菌，使研究人員能夠在世界各地的樣本中跟蹤它們。Earth Microbiome Project的研究人員還使用了一種新方法來消除數(shù)據(jù)中的測序錯誤，使他們能夠更準確地了解微生物組中獨特序列的數(shù)量。

在第一批數(shù)據(jù)中，地球微生物組項目團隊確定了大約300,000個獨特的微生物16S rRNA序列，其中近90%在預先存在的數(shù)據(jù)庫中沒有完全匹配。

預先存在的16S rRNA序列是有限的，因為它們的設計不允許研究人員以對未來有用的方式添加數(shù)據(jù)。項目共同作者，奈特實驗室的博士后研究員Jon Sanders博士將這些其他數(shù)據(jù)庫和地球微生物項目之間的差異與電話簿和Facebook之間的差異進行了比較。“在此之前，你必須寫下來才能列出你的序列，而且列表中很少包含序列來自何處或者發(fā)現(xiàn)其他序列的信息，”他說。“現(xiàn)在，我們有一個支持所有其他背景的框架，它可以有機地發(fā)展，以支持新的問題和見解。”

吉爾伯特說：“目前已有大量的微生物多樣性留下目錄。然而，我們已經'重新捕獲'了大約一半的已知細菌序列。”“有了這些信息，地球微生物分布的模式已經出現(xiàn)。”

根據(jù)吉爾伯特的觀點，最令人驚訝的觀察之一是獨特的16S序列對個體環(huán)境的特異性遠遠超過科學家使用的典型物種單位。地球微生物組項目采樣的環(huán)境多樣性有助于證明微生物組的局部環(huán)境有多大。例如，鯨類(鯨魚和海豚)和魚類的皮膚微生物組彼此更相似，而不是它們游泳的水;相反，鹽水微生物組中的鹽使它們與淡水區(qū)別開來，但它們仍然比水生動物皮膚更相似?？傮w而言，宿主(例如人或動物)的微生物組與自由生活的微生物組完全不同，例如在水和土壤中發(fā)現(xiàn)的微生物組。例如，自由生活的微生物組通常比宿主相關的微生物組更加多樣化。

“這些全球生態(tài)模式只是對協(xié)調和累積抽樣的可能性的一瞥，”Jansson說。“需要更多的抽樣來考慮緯度和海拔等因素，并跟蹤環(huán)境隨時間的變化。地球微生物群項目既提供了探索無數(shù)問題的資源，也是引導獲取新數(shù)據(jù)的起點。回答他們。”