Only Perception: 海生微生物的新驚奇：small RNAs

2009-05-15

海生微生物的新驚奇：small RNAs

MIT reels in RNA surprise with microbial ocean catch
http://www.physorg.com/news161439205.html

by Denise Brehm, May 13th, 2009

一種取得海洋微生物樣本，同時保存該微生物之自然基因表現的巧妙新方法，產生一種意外利益：各種不同 small RNAs 的存在 -- 那是 RNA 的片段（snippets），在這些單細胞生物中，作用如同調控基因表現的開關。在這之前，small RNA 可能只在實驗室培養的微生物體當中研究過；發現它存在於一種自然的設置中，也許最終能在一個更寬闊的規模上學到，活在不同海洋深度與區域中的微生物群落如何回應環境中刺激。

"微生物是敏銳的生物感應器，" Edward Delong 說，土木與環境工程（CEE）教授。"我們開發了這種方法學來觀察蛋白質編碼基因，因為我們若知道微生物在何種環境條件下會產生那種蛋白，我們就能學習關於環境狀態以及這些微生物如何影響那些。這種意料之外的存在以及這些 small RNAs（其作用如同調控基因表現的開關）的豐富程度，將使我們對基因表現以及微生物對於環境變化的回應，有著更深入的觀察。"

DeLong 與共同作者 Yanmei Shi，CEE 畢業生，與博士後助理 Gene Tyson 在 5/14 當期 Nature 上描述這項研究。該團隊使用一種稱為多源轉錄體學（metatranscriptomics，譯註：另一個相關辭彙是多源基因體學 (metagenomics)），那讓他們能夠分析野生微生物的 RNA 分子，這件事先前只能透過實驗室培養的微生物辦到。

微生物是超敏感的環境偵測器，那能響應眨眼間到片刻間的光線、溫度化學物質或壓力變化，並相應地改變它們的蛋白質表現。不過這些敏感性讓研究它們的科學家感到為難。有幾分類似量子物理當中的觀察者效應：由於研究者進入該環境中，或著將微生物從該環境中移開，導致它們的蛋白表現發生改變。同樣的敏感性使得這些生物當中的某些很難在實驗室培養中生長。

在微生物改變其蛋白表現之前，為了克服在海水中迅速收集並過濾微生物樣本的障礙，該研究團隊 -- 在與 CEE 的 Sallie (Penny) Chisholm 教授及其研究團隊的合作下（她們在實驗室中成功地生長與研究光合成微生物，原核綠球藻 (Prochlorococcus)） -- 創造出一種方法，藉由修改一種原核 RNA 擴大技術，從少量海水中擴大 RNA 的萃取。

當 Shi 開始在實驗室研究其樣本中的 RNA 時，她發現許多新奇的、她們預期是為蛋白質編碼的 RNA 事實上為 small RNA（或 sRNA），那可權充催化劑或著微生物新陳代謝路徑中的調控者。

"讓我感到驚訝的是，在我們的資料組中新奇 sRNA 候選者的豐富程度，" Shi 說。"當我深入研究這些序列時，那無法肯定地被歸為蛋白質編碼，我發現這些序列有很高的百分比是非編碼序列，源自於海洋中仍未經培養的微生物體。這讓我們感到相當振奮，因為這種多源轉錄體學方法 -- 使用一種來自天然微生物群落之轉錄序列的資料組，那相對於單一培養的微生物品種 -- 開啟了一扇發現自然存在的 sRNAs 的新視窗，那也許更進一步提供在生態意義上相關的意含。"

"我們發現極為多樣性的一組分子，而且每一種都可能調控某種不同的蛋白編碼基因，" DeLong。"我們現在能隨著時間追蹤蛋白表現與 sRNA 表現，藉此學習這些小開關的關聯性。"

如果我們將海生細菌以及它們的蛋白想成完成基本的生物地球化學（biogeochemical）活動 -- 例如收穫陽光以創造氧並從二氧化碳合成糖 -- 的微小工廠，那麼 sRNAs 即是內部開關，那開啟或關閉這些工廠的生產線。他們在海洋樣本中的發現開啟了學習方法，那甚至比實驗室中的資訊更加詳盡：研究者現在能夠進行實驗室實驗以觀察環境騷動對於微生物群落的效應。就這些最近獲認可之調控性開關的本質與多樣性而論，這些新 sRNAs 也拓展了我們的常識。（後略譯）

※ 相關報導：

＊ Metatranscriptomics reveals unique microbial small RNAs in the ocean's water column
http://www.nature.com/nature/journal/v459/n7244/abs/nature08055.html