環(huán)境樣品的直接微生物測(cè)序，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了我們世界中存在的大量不為人知的微生物，例如來(lái)自海水、醫(yī)院表面和人體腸道的微生物。然而，微生物物種是遺傳多樣性的，并且這種可變性通常在元基因組分析期間不被捕獲。今天在GenomeResearch上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家開發(fā)了一種新工具來(lái)檢查細(xì)菌物種中的遺傳差異，并發(fā)現(xiàn)母系嬰兒微生物群和以前未被物種水平分析所發(fā)現(xiàn)的海洋宏基因組的新傳播模式。
在給定的細(xì)菌物種中，基因內(nèi)容與參考基因組變化的50％或更多不同。來(lái)自Gladstone研究所和舊金山加利福尼亞大學(xué)（UCSF）的資深作者KatherinePollard博士說(shuō)：“這表明在應(yīng)變水平上的巨大變異性可能會(huì)產(chǎn)生真正的功能后果”。我們需要一個(gè)計(jì)算高效的工具來(lái)量化這種海洋宏基因組數(shù)據(jù)的變化。
研究人員開發(fā)了MIDAS工具，用于快速剖析細(xì)菌菌株中基因含量和單核苷酸變異的差異。為了構(gòu)建MIDAS系統(tǒng)，研究人員首先構(gòu)建了31007個(gè)高質(zhì)量細(xì)菌基因組的數(shù)據(jù)庫(kù)。使用一組信息通用基因，使他們分層聚類基因組，以定義物種。研究人員能夠分配8.6％以前未注釋的基因組到一個(gè)物種，并重新分配9.8％物種。
將MIDAS應(yīng)用于98個(gè)母體和嬰兒的大便宏基因組，研究人員使用應(yīng)變水平的遺傳差異來(lái)追蹤母親和嬰兒之間的細(xì)菌。論文的第一作者UCSF的研究生StephenNayfach說(shuō)：“菌株水平變異揭示了與物種水平上的模式相矛盾的模式”。以前的研究表明，母親和嬰兒微生物在生命的第一年變得更加相似。然而，通過(guò)檢查“標(biāo)記等位基因”，研究人員發(fā)現(xiàn)，早期定植菌株從母體轉(zhuǎn)移，而且后期定植菌株是不同的，并且可能從環(huán)境中獲得。波拉德說(shuō)：“第一年嬰兒腸道成熟的微生物給人的印象是來(lái)自母親的持續(xù)傳播”。但是細(xì)菌中的遺傳變異表明，獲得的菌株通常與母親不一樣。
研究人員還將MIDAS應(yīng)用于世界各地不同深度的海洋采集海洋樣品。最常見的海洋細(xì)菌在與地理密切相關(guān)的基因含量上有差異。將需要額外的工作來(lái)區(qū)分不同區(qū)域之間的遺傳差異是否是物種內(nèi)的適應(yīng)或遺傳漂移的結(jié)果。Pollard說(shuō)：“下一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)是解開驅(qū)動(dòng)微生物群體中的群體結(jié)構(gòu)力量，并將這種變異性與宿主或環(huán)境的特性相關(guān)聯(lián)”。