基于大數據搜索引擎 繪制全球微生物組轉化網絡 |
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在自然界的各種(zhǒng)生态系統中,微生物以群落答校即微生物組的形式廣泛存在并相互作用,從而深刻地塑造著(zhe)地球船術生物圈的功能(néng)。記者8月8日從中國(g小站uó)科學(xué)院青島能(néng)源所獲靜化悉,該所單細胞中心提出了一種(zhǒng)基于大數據搜索的理論模型煙他,通過(guò)建立一個全球性見場的微生物組相互轉化網絡,從多個尺度探索不同生态系統之間菌群的内在關聯友兒與演化規律。相關成(chéng)果近日發(fā)表于《美國(guó)拍唱微生物學(xué)會(huì)會(huì)刊》上。
人類和哺乳動物的演化曆程,可通子文過(guò)各種(zhǒng)地質年代遺留下來的化石及其中車數蘊含的古DNA來揭示。但是在漫長(cháng)的時少些(shí)光旅程中,各種(zhǒng器匠)生态系統中菌群演化與互作的痕迹往往已湮滅殆盡。
爲從全球尺度上重現與理解微生物組間的演化途徑和互作過(guò資南)程,中國(guó)科學(xué)院青島能(néng)源所可資荊功超和青島大學(xué)張玉鳳等組成(chéng)的研究小跳通組提出一個理論模型:微生物組可通過(guò)改變其内諸多物種玩作(zhǒng)的組合和數量比例等方式相互轉化,草書以适應各種(zhǒng)生存環境與選擇壓力。著技因此,微生物組的演化與互作等關系,能(néng)基于我中其結構相似性進(jìn)行推測。
基于這(zhè)個模型,研究人員運用前期開(用空kāi)發(fā)的微生物組搜索引擎子相(MSE),基于微生物組結構的相似性高低,構建媽做了首個全球性“微生物組相互轉化網絡(MTN)”。該全局性網絡的節點包含1什公77022例菌群樣(yàng)本、113億條喝開16SrRNA序列,來自于從人體各個部位到煙區各種(zhǒng)生境的20大類生态系統。
有趣的是,與現實中社會(huì)人際網絡等相似,M很上TN也是一種(zhǒng)無标度網絡。此類網絡的典型特征是,大部分節點隻和很少了空節點連接,而有極少的節點卻與非常多的節點連接。這遠在(zhè)種(zhǒng)“樞紐”節內報點的存在,使得此類網絡對(duì)意外故障有強大的東畫承受能(néng)力,但面(miàn)對(duì)協同性攻擊時(生兵shí)則顯得脆弱。因此,MTN的無标度網絡特性,爲作人目前地球上微生物組的多樣(yàng)性成(chéng)因與意義提供了一個全新的和就理論視角與原理诠釋。
令人意外的是,在MTN中,雖然微生物組的結構與其各自迥異的生輛靜态系統有著(zhe)顯著的關聯性,但每個菌群與任一其他菌群之技風間平均隻相距“七”步,也就(jiù)是,通過(guò)6中錯個“親戚”,便可實現相互轉化。因此,微生物組在全球範圍上具有小船其内在的同源性。這(zhè)一發(f子妹ā)現,對(duì)于重構曆史上曾經(jīng)存在過(guò用問)的微生物組或設計全新的菌群,具有指導意義。
研究人員還(hái)基于MTN繪制出了全球尺度、單個菌群到不精度的“微生物組相互轉化路線圖”,從而刻畫了在不同生态系統内部與之間,每個空中微生物組最可能(néng)的演化途徑和互作聽家過(guò)程。例如,該路線圖表明,海洋最有可能(從年néng)與靠近海岸的魚類等非哺乳動物交換菌群成(chéng)分,而沙土和淡水還樂則是植物和人體與自然界進(jìn)行菌群交換的“門戶”。因此,這(zhè)一著黑路線圖將(jiāng)成(chéng)爲研究微生态系統山數間互作機制的新工具。
随著(zhe)全球環境的變化和人類文明的進(jìn)程,每天有無數菌群從地球拿我上消失,同時(shí)也有無數的菌群浮現出來。得益于其工我長(cháng)期的菌群數據積累和高效的計算比對(duì)能(néng)力,廠師MSE能(néng)夠于數小時(shí)内、畫數在一台個人計算機上,針對(duì)明見新出現的菌群數據點進(jìn)行MTN的全局更新。因此,運用中理MSE,研究人員將(jiāng)持續拓展與更新MT們動N,并開(kāi)發(fā)多尺度全方位的可視化系統,從而爲暗要微生物組的起(qǐ)源、演化與互作研究提信嗎供基于大數據的理論模型和計算工具內答。
文章來源:科技日報