海洋海綿細(xì)菌有隱藏的天賦。腎紅珊瑚礁海綿 Theonella swinhoei是幾種抗真菌和抗癌候選藥物的來源。這些化合物不是由海綿本身產(chǎn)生的，而是由生活在其中的共生細(xì)菌產(chǎn)生的。所討論的化合物被稱為聚酮化合物，次生代謝產(chǎn)物恰好僅由兩個(gè)細(xì)菌租戶 T. swinhoei制造，迄今為止研究人員尚未成功。

來自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院微生物研究所的研究人員與美國能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)和其他幾個(gè)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)合作，使用先進(jìn)的測序方法對細(xì)菌進(jìn)行歸零，這些細(xì)菌屬于未開墾的成員屬， Enthotheonella。他們的研究結(jié)果 于2014年1月29日在“自然”雜志上發(fā)表。

“海洋海綿對藥物開發(fā)非常感興趣，但這些動(dòng)物的生物活性物質(zhì)供應(yīng)非常有限，”微生物研究所的資深作者Joern Piel說。“鑒定細(xì)菌來源可以為可持續(xù)生產(chǎn)提供更一般的策略。”

幾十年來，科學(xué)家一直在從實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的細(xì)菌中收集醫(yī)學(xué)上重要的化合物，但估計(jì)這些“培養(yǎng)細(xì)菌”僅代表地球上已知微生物的百分之一，目前還不清楚有多少未培育的99%能夠生產(chǎn)其他微生物。有用的天然化合物 這是研究人員首次將未培養(yǎng)的細(xì)菌確定為生物活性化合物的多產(chǎn)來源。

該團(tuán)隊(duì)使用單細(xì)胞基因組分析，檢查單個(gè)細(xì)胞的基因組，進(jìn)行宏基因組測序，分析環(huán)境樣本的DNA，找到負(fù)責(zé)的細(xì)菌。“在這項(xiàng)研究中，我們繞過了傳統(tǒng)的培養(yǎng)步驟，并展示了基于單細(xì)胞和宏基因組學(xué)的這類生產(chǎn)者的發(fā)現(xiàn)，”DOE JGI的計(jì)算生物學(xué)家Christian Rinke說，他將這些細(xì)菌稱為“有才華”的生產(chǎn)者。“使我們能夠從未培養(yǎng)的微生物中獲得基因組序列的宏基因組學(xué)和單細(xì)胞基因組學(xué)突出了兩種技術(shù)的潛力，并提供了新的誘惑，可用于藥物發(fā)現(xiàn)的環(huán)境樣品以及為生物燃料等工業(yè)應(yīng)用提供酶，”他添加。雖然微生物和宏基因組測序是DOE JGI提供的最受歡迎的貢獻(xiàn)之一，但在這項(xiàng)特定研究中，Rinke提供了系統(tǒng)發(fā)育分析，其解讀了細(xì)菌譜系的進(jìn)化歷史。該出版物的測序在德國比勒費(fèi)爾德大學(xué)進(jìn)行。

最近，DOE JGI的旗艦用戶參與機(jī)制，即社區(qū)科學(xué)計(jì)劃(CSP)，已經(jīng)擴(kuò)展到與另一個(gè)DOE生物和環(huán)境研究辦公室支持的用戶設(shè)施 - 環(huán)境分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(EMSL) - 包括一項(xiàng)協(xié)作科學(xué)計(jì)劃。該年度征集建議書， http： //www.emsl.pnl.gov/root/access/calls/jgi/2014/征求試點(diǎn)項(xiàng)目，將DOE JGI和EMSL的基因組學(xué)和功能分子特征資源整合到目標(biāo)區(qū)域生物燃料生產(chǎn)，碳循環(huán)和生物地球化學(xué)。

對于 自然 出版物，研究人員研究了 來自日本的T. swinhoei，但也發(fā)現(xiàn)了與 其他T. swinhoei 海綿生活 密切相關(guān)的 Enthotheonella。他們認(rèn)為這組細(xì)菌屬于一個(gè)新的門，他們稱之為“Tectomicrobia”。這個(gè)詞來源于拉丁語，tegere，(隱藏，保護(hù))，反映了他們未被培養(yǎng)的“隱藏”性質(zhì)，并強(qiáng)調(diào)了這些化合物他們生產(chǎn)的產(chǎn)品很可能用于化學(xué)防御。

T swinhoei 生活在印度洋和太平洋的熱帶地區(qū)以及紅海的部分地區(qū)，對周圍的水域產(chǎn)生了相當(dāng)大的影響。“海綿和生活在其中的微生物的共生改變了環(huán)境中的水化學(xué)，通過快速將水分通過組織吸收營養(yǎng)物質(zhì)并釋放廢物，”Rinke說。他說，由于分布廣泛，這一發(fā)現(xiàn)也對研究全球碳和氮循環(huán)有影響。