基于基因组信息指导的古菌培养新策略

New approaches for archaeal genome-guided cultivation

古菌、细菌及真核生物共同组成了地球上的三域生命体系.其中古菌域不仅包含了现今地球上最古老的生命类群,如产甲烷古菌;同时,阿斯加德(Asgard)古菌超门还被认为是真核生物的共同祖先.近些年来,随着地球科学和生命科学交叉研究日益加深,科学家发现古菌在地球化学元素循环中也起到了显著作用.通过不依赖于纯培养的高通量测序技术分析,表明古菌具有丰富的物种多样性,现已发现超过20个全新的古菌门.然而,目前仅在其中4个古菌门中获得了纯培养菌株,对古菌生理特征、起源与演化以及生态功能的认识也受到纯培养古菌菌株稀缺的限制,无法通过实验验证环境中未培养古菌基因组所预测到的功能基因.在本综述中,简述了古菌的发现与研究进展,对比了未培养和纯培养古菌之间的差距,并呼吁将更多的努力和科研资源投入到古菌分离和纯培养工作中.文章还概述了基于大量未培养古菌基因组指导分离和纯培养的新思路和新策略,即:基因组功能预测、代谢互作网络构建、基因组水平代谢建模、机器学习预测培养条件,期望能够使用现代高通量测序技术所积累的未培养古菌基因组数据来帮助获得更多新的纯培养古菌菌株.