新技术解开了微生物的喋喋不休

有益微生物在人体的某些部位定植，在人类健康中发挥着关键作用，包括皮肤，它们保护我们免受外部病原体的侵害，以及肠道，它们有助于营养吸收和调节免疫系统等基本功能。我们体内微生物群落的破坏与多种疾病有关。

“该资源将帮助我们从机制上研究微生物组在肝病、炎症性肠病、糖尿病、动脉粥样硬化等健康状况中的作用，”Dorrestein补充道。

微生物也是重要环境过程的中心，例如碳和氮循环。当参与这些过程的微生物群落被破坏时，生态系统可能更难循环养分，从而导致广泛的破坏性生态失衡。

由于微生物在环境中的关键作用以及它们与大型生物体的相互作用，微生物的新陈代谢几乎是生物学所有方面的驱动力。然而，微生物群落的巨大代谢潜力在现代实验中往往被忽视，这些实验通常只用广角来观察微生物代谢。

“在分子水平上研究微生物的挑战之一是，除非你已经知道你在寻找什么，否则很难分辨出哪些微生物正在产生哪些分子，”第一作者Simone Zuffa说，他是与Dorrestein合作的博士后研究员。“如果你把微生物群落想象成拥挤的聚会，有很多人在说话，我们目前的实验只能记录声音，但我们想找到一种方法来解读音频，弄清楚谁在说什么。

为了帮助开发新的搜索工具，研究人员将其称为microbeMASST，来自加州大学圣地亚哥分校协作微生物代谢物中心的研究人员从来自世界各地的科学家收集的60,000个不同的微生物样本中收集了超过1亿个数据点。该数据库是根据社区贡献和元数据管理精心策划的，包括来自植物、土壤、海洋、湖泊、鱼类、陆生动物和人类的微生物。

通过将实验样品与这个庞大的单个微生物库进行交叉引用，microbeMASST可以检测该样品中存在哪些微生物。

“没有现有的工具可以做到这一点，而我们的工具可以在几秒钟内完成，”Zuffa 补充道。

由于microbeMASST可以在没有任何先验知识的情况下识别样品中的微生物，因此研究人员相信该技术的应用将扩展到生物学的各个领域，例如水产养殖，农业，生物技术和研究微生物介导的健康状况。

“我们预计microbeMASST将成为生命科学研究界的变革性资源，”Dorrestein说。“此外，随着社区收集更多数据供系统参考，该工具只会随着时间的推移而改进。”

该研究的加州大学圣地亚哥分校的合著者包括：Simone Zuffa、Robin Schmid、Anelize Bauermeister、Paulo Wender P. Gomes、Andres M. Caraballo-Rodriguez、Yasin El Abiead、Jasmine Zemlin、Michael J. Meehan、Allegra T. Aron、Nicole E. Avalon、Nuno Bandeira、William H. Gerwick、Ekaterina Buzun、Marvic Carrillo Terrazas、Chia-Yun Hsu、Renee Oles、Adriana Vasquez Ayala、Jiaqi Zhao、Hiutung Chu、 Mirte CM Kuijpers、Sara L. Jackrel、Benjamin S. Pullman、Rob Knight 和 Daniel McDonald。

其他合著者包括：丹佛大学的 Alegra T. Aron、弗吉尼亚理工大学的 Emily C. Gentry、俄克拉荷马大学的 Robert H. Cichewicz、约翰内斯堡大学的 Fidele Tugizimana、Lerato Pertunia Nephali 和 Ian A. Dubery、文达大学的 Ntakadzeni Edwin Madala、圣保罗大学的 Eduarda Antunes Moreira、Leticia Veras Costa-Lotufo、Norberto Peporine Lopes 和 Paula Rezende-Teixeira， 圣保罗联邦大学的Paula C. Jimenez，宾夕法尼亚州立大学的Bipin Rimal，Andrew D. Patterson，Matthew F. Traxler和Rita de Cassia Pessotti，哥斯达黎加大学的Daniel Alvarado-Villalobos，Giselle Tamayo-Castillo，Priscila Chaverri，Efrain Escudero-Leyva和Luis-Manuel Quiros-Guerrero，日内瓦大学的Alexandre Jean Bory，Juliette Joubert，Adriano Rutz，Jean-Luc Wolfender和Pierre-Marie Allard， 苏黎世联邦理工学院的 Andreas Sichert 和 Sammy Pontrelli，Agroscope 的 Katia Gindro 和 Josep Massana-Codina，Tuebingen 大学的 Berenike C. Wagner、Karl Forchhammer 和 Daniel Petras，Nicole Aiosa 和 Neha Garg。佐治亚理工学院、马克斯·普朗克海洋微生物研究所的曼努埃尔·利贝克和帕特里克·布尔索、淑明女子大学的京彬康、弗朗西斯·克里克研究所的海娜·加达维、路易斯·佩德罗·索里奥·德·卡瓦略和玛丽安娜·席尔瓦·多斯桑托斯，马拉加大学阿拉加高等科学研究院的艾丽西亚·伊莎贝尔·佩雷斯-洛伦特、卡洛斯·莫利纳-圣地亚哥和迭戈·罗梅罗，亥姆霍兹感染研究中心的马克·布伦斯特鲁普， 挪威生命科学大学的Arturo Vera Ponce de León，Phillip Byron Pope和Sabina Leanti La Rosa，哥本哈根大学的Giorgia La Barbera和Henrik M. Roager，丹麦技术大学的Martin Frederik Laursen，因斯布鲁克大学的Fabian Hammerle，Bianka Siewert和Ursula Peintner，蒙特雷技术学院的Cuauhtemoc Licona-Cassani和Lorena Rodriguez-Orduña， 维也纳大学的 Evelyn Rampler、Felina Hildebrand、Gunda Koellensperger、Harald Schoeny、Katharina Hohenwallner 和 Lisa Panzenboeck，麻省理工学院的 Rachel Gregor，诺丁汉大学的 Ellis Charles O’Neill、Eve Tallulah Roxborough 和 Jane Odoi，荷兰海洋研究所的 Nicole J. Bale、Su Ding 和 Jaap S. Sinninghe Damsté，南洋理工大学的 Xue Li Guan， 俄亥俄州立大学的 Jerry J. Cui 和 Kou-San Ju、南马托格罗索联邦大学的 Denise Brentan Silva 和 Fernanda Motta Ribeiro Silva、Embrapa Amazônia Ocidental 的 Gilvan Ferreira da Silva、亚马孙大学的 Hector H. F. Koolen、圣保罗大学的 Carlismari Grundmann、Ribeirão Preto、Baruch S. Blumberg Institute 的 Jason A. Clement、 卡内基梅隆大学的 Hosein Mohimani、美国农业部的 Kirk Broders、俄勒冈州立大学的 Kerry L. McPhail、俄勒冈大学的 Sidnee E. Ober-Singleton、加利福尼亚州埃默里维尔的 Christopher M. Rath 和加州大学河滨分校的 Mingxun Wang。

这项研究部分由美国国立卫生研究院（资助U24DK133658，U19AG063744,1DP2GM137413，F32AT011475，R01 GM107550，R01 GM137135，U01 DK119702，S10 OD021750,1R01LM013115,1R01GM132649，DP1AT010885，T32 DK007202），美国国家科学基金会（资助2152526），美国农业部，农业研究局，韩国国家研究基金会（授予NRF-2020R1C1C1004046，NRF-2022R1A5A2021216和NRF-2022M3H9A2096191），奥地利科学基金（资助 P31915）、德国研究基金会（资助 EXC 2124 和 TRR 261）、圣保罗研究基金会（资助 #2018/24865-4、#2019/03008-9、#2020/06430-0、#2022/12654-4、#2015/17177-6、#2020/02207-5、#2021/10603-0）、国家科学技术发展委员会 （CNPq）、挪威研究委员会（资助 311913）、诺和诺德基金会（资助 NNF19OC0056246）、丹麦独立研究基金（资助 0171-00006B）、ERA-Net 联合基金项目 BlueBio（资助）311913）、Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas、Fundação de Apoio ao Desenvolvimento do Ensino、Ciência e Tecnologia do Estado de Mato Grosso do Sul – FUNDECT （赠款 71/032.390/2022 和 311/2022）、Betty and Gordon Moore 基金会和马克斯·普朗克学会。

披露：Pieter Dorrestein 是 Cybele 的顾问，于 2023 年担任 MSD 动物健康顾问，他是 Ometa Labs、Arome 和 Enveda 的联合创始人和科学顾问，事先获得加州大学圣地亚哥分校的批准。Rob Knight 是 BiomeSense， Inc. 的科学顾问委员会成员和顾问，他拥有股权并获得收入。该安排的条款已由加州大学圣地亚哥分校根据其利益冲突政策进行审查和批准。