2008-05-04

開啟微生物祕密生活的一扇新視窗

New Window Opens on the Secret Life of Microbes
http://www.physorg.com/news124630670.html

March 13, 2008

除了微生物的共同力量外,任何地方都無法使「數的力量(strength in numbers)」這種原理更顯而易見:儘管它們的簡單,這些單細胞生物 -- 其數量在地球上約 5 百萬兆兆強(不,這不是打錯字)-- 影響了幾乎每一種生態程序,從有機物質的腐朽到氧氣的生產。

即便微生物實質上統治著地球,但科學家之前都未能進行無所不包的微生物研究以及在它們自然的棲息地中彼此的交互作用。現在,一項新研究 -- 由 NSF 資助,並描述於 2008 3/12 的 Nature 線上版 -- 對於微生物在 9 種類型十分不同的生態系(從珊瑚礁到礦坑深處)中的能力提供第一手的詳細目錄(inventory)。

"這些新微生物的詳細目錄為生態系,以及它們對於壓力(例如殺蟲劑逕流與入侵物種)如何回應,提供了新且重要的一扇窗," Lita Proctor 說,NSF 的計畫主管。

並非鑑別活在每種生態系中微生物的種類,這項研究將每種生態系的微生物為了進行新陳代謝,諸如呼吸、光合作用與細胞分裂的「know-how」編目(從它的 DNA 獲得)。這些微生物目錄比確認定居微生物更有特色。"現在微生物可透過「它們能做什麼」而非「它們是什麼」來研究," Proctor 說。

這個微生物的研究利用多源基因體學(metagenomics)的原理,這是一種強大的分析新方法,那能描繪整個生物社群之 DNA 內容的特性,而非單一物種。多源基因體學的主要優勢之一是,它讓科學家能夠在微生物的自然棲息地中研究它們 -- 它們大部分都無法在實驗室中生長。

特別的是,這個微生物研究獲得如下成果:

-- 為這 9 種不同的生態系中的每一個找到一種獨特、明確的微生物指紋。每種生態系的指紋均基於其一套獨特的微生物能力。

-- 對於環境壓力之生態學回應的早期偵測方法。這些方法是基於這種原則:"生長較快的微生物也因此對於環境壓力的回應會比其他類型的生物更加迅速," San Diego 州立大學的 Forest Rohwer 說,研究團隊的成員之一。因為微生物是一個生態系統的第一線回應者,藉由監控一個生態系中微生物能力的變化,科學家能比其他可能的方法,更早偵測到生態系對於壓力的回應 -- 甚至是這些回應在動植物身上能顯而易見之前,Rohwer 說。

-- 證據指出病毒 -- 那已知甚至比微生物要多 10 倍以上 -- 是生態系的基因庫。這種證據包括在 9 種生態系中觀察到病毒攜帶大量的 DNA 裝載(loads)而自己卻沒有使用這樣的 DNA。Rohwer 相信病毒或許在感染時轉移這種過量的 DNA 給細菌,也因此傳遞「新遺傳花招」給它們的微生物宿主。這項研究亦指出,藉由將 DNA 運送到新地點,病毒或許成為了微生物演化中的重要媒介(agents)。

※ 相關報導:

* Functional metagenomic profiling of nine biomes
http://www.nature.com/nature/journal/v452/n7187/abs/nature06810.html

Elizabeth A. Dinsdale, Robert A. Edwards, Dana Hall,
Florent Angly, Mya Breitbart, Jennifer M. Brulc, Mike Furlan,
Christelle Desnues, Matthew Haynes, Linlin Li,
Lauren McDaniel, Mary Ann Moran, Karen E. Nelson,
Christina Nilsson, Robert Olson, John Paul,
Beltran Rodriguez Brito, Yijun Ruan, Brandon K. Swan,
Rick Stevens, David L. Valentine, Rebecca Vega Thurber,
Linda Wegley, Bryan A. White & Forest Rohwer
Nature 452, 629-632 (3 April 2008)
doi: 10.1038/nature06810
* The metagenomics RAST server
http://metagenomics.nmpdr.org

連結 - 讓60億人串在一起的無形網路
Metagenomics 將改變現代微生物學
科學家創造「生物大百科」
研究者戮力創造「蛋白質百科」
更進一步了解微生物的祕密語言
阻止重要訊號的蛋白質亦能產生新蛋白
在晶片上自動進行分子的達爾文演化
基因的「選擇特徵」協助偵測細菌的天擇
尋找網路的演算法 -- 用於基因或網際網路

讓人類基因中的病毒化石復活!
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無藥可救:問題超級病菌可抵抗每樣東西

1 則留言:

fsj 提到...

超級有機體 人類與共生細菌同進化

尹德瀚/紐約時報廿三日報導 中國時報 2008.05.24

在人體手肘內側的皮膚上,即使洗得乾乾淨淨,1平方公分面積還是含有100萬個細菌。但不用擔心,這些細菌不是壞細菌,而是生物學家所稱的「共生菌」(commensals),對人體可產生互利作用。

根據美國「國家人類基因體研究所」的一項新研究,人類皮膚上的細菌可分成6個族群,多達130多種。

這項研究由該所的茱利.席格瑞博士領軍,隸屬「人類微生物群系研究計畫」(human microbiome project)的一部份,其研究結果23日發表於《基因體研究》期刊。

「人類微生物群系」係人體內部和表面所有微生物(包括細菌、古細菌、真菌、寄生蟲和病毒)的總稱,人體靠這些微生物提供多種必要的服務,包括消化,因此人類其實應被視為「超級有機體」;在這個有機體中,細菌的細胞數十倍於人類的細胞數。

席格瑞估計,人體皮膚至少有20個不同群落的細菌,每個群落都有一群特殊的共生菌,例如席格瑞在手肘內側部位發現的細菌,就與其他研究團隊在手腕內側部位發現的細菌截然不同;但是在席格瑞作為研究對象的5個人中,其手肘內側所含的細菌大致一樣,可見在手肘內側這個環境(包括養分和溼度)正好適合這個群落的細菌生長。

另外美國聖路易市華盛頓大學醫學院的一項研究則發現,在已知70種不同科屬的細菌中,大部分的腸道細菌只佔其中2種,這些腸道細菌具有不同的必要功能,包括分解複合醣類,或是把氫轉化成甲烷(methane)。

這項研究針對59種不同哺乳類動物的排泄物進行分析,結果發現其腸道細菌的組成與其飲食息息相關,例如肉食類動物、草食類動物和雜食類動物都各有一套不同的腸道細菌。

席格瑞博士的研究和華盛頓大學的研究一致發現,不管是人體或動物的細菌,在其寄宿主身上都適應得出奇之好,好到它們可能有助於不同的物種演化。

席格瑞接受訪問時說:「我們與我們身上的細菌一起進化。」

「人類微生物群系研究計畫」規模十分龐大,目前還在初期階段,但已證實人體所含細菌的基因總數至少是人類基因體所含基因數(約2萬個)的100倍。接下來這個計畫將分析人體各個部位所包含的不同細菌群落。另一個目標則是了解病菌如何篡奪體表或腸道中共生菌的地位,進而導致疾病。