微生物是地球上最豐富多樣的細胞生命形式腹鹉，存在于各種各樣的環(huán)境生態(tài)環(huán)境中瞎领。但是，超過99％的細菌和古細菌都不能由純培養(yǎng)獲得叉跛，所以現(xiàn)在的我們只是瞥見了這個神秘的微生物世界的表面。我們尚未了解的這些微生物就是所謂的微生物暗物質(zhì)Microbial Dark Matter （MDM）蒸殿，微生物學家只能通過使用培養(yǎng)以外的技術(shù)來研究尚未被培養(yǎng)的微生物的巨大多樣性筷厘。近年來，雖然許多研究成果在很大程度上增進了我們對微生物多樣性的了解宏所，但是酥艳，MDM的物種和功能多樣性仍然很神秘。
近日爬骤，中山大學生命科學學院李文均教授課題組在National Science Review上發(fā)表題為“Microbial dark matter coming to light: challenges and opportunities”的文章玖雁。這篇文章介紹了目前MDM的研究現(xiàn)狀，并提出了研究MDM未來會面臨的挑戰(zhàn)和機遇盖腕。
文章總共分為4個部分，我們依次來看一下：
1浓镜、微生物暗物質(zhì)（MCM）的研究技術(shù)
幾十年年前溃列，微生物學研究主要集中在純培養(yǎng)技術(shù)上。隨著DNA測序和生信分析技術(shù)的發(fā)展膛薛，使得我們可以直接從復雜的環(huán)境樣品中進行MDM基因組的探索听隐。作者指出徐绑，現(xiàn)今沪曙，分別從單細胞基因組和宏基因組學方法獲得的單擴增基因組（SAG）和宏基因組組裝基因組（MAG）已成為最有效的方法韭邓，為研究MDM帶來了曙光（圖1）薯鼠。與基于marker gene（例如盲泛，通過16S rRNA基因進行系統(tǒng)發(fā)育研究）通過系統(tǒng)發(fā)育從屬關(guān)系推測功能考廉，或從中捅位，低質(zhì)量草圖基因組推斷功能相比怒见，使用高質(zhì)量的SAG或MAG锌半，可以更可靠地預測MDM的代謝潛力禽车。即使是低質(zhì)量的MAG和SAG也可以使研究人員深入了解三個基本科學問題：它們是誰？他們在哪？他們能做什么殉摔？有了這些信息州胳，微生物學家可以輕松地設(shè)計實驗和針對性的培養(yǎng)方法來進行研究了。
圖一：MAG和SAG使研究人員深入了解三個基本科學問題：它們是誰逸月？他們在哪栓撞？他們能做什么？
2碗硬、MDM的近期研究成果
SAG和MAG的研究揭示了自然界中微生物多樣性的一些重大發(fā)現(xiàn)瓤湘。在過去十年中，學者們已經(jīng)從環(huán)境樣本中檢索出了代表主要譜系的許多MAG或SAG（表1）肛响。
（*中國人參與出版 a古細菌候選門）
對MDM的這些研究正在改變我們對生命起源和進化的思考方式岭粤。MDM的代謝用途廣泛，是另一個值得研究的值得研究的領(lǐng)域特笋，例如剃浇，編碼厭氧甲烷氧化酶和異化硫酸鹽還原酶的基因在Korracheota MAGs中被檢測到，這表明這兩種功能通常由同營養(yǎng)體的不同配體編碼猎物，在單個生物體內(nèi)耦合[1]虎囚。
此外，MDM的基因組分析使我們看到了新的微生物功能蔫磨，這些功能可用于生物醫(yī)學淘讥，生物能源和生物技術(shù)以及生物修復方面的進步。MDM的多功能性向我們展示了它們“多彩”的一面堤如，使我們對所生活的世界有了更好的了解蒲列。
3、研究MDM的挑戰(zhàn)與機遇
第一個挑戰(zhàn)搀罢，如何是如何更好地進行MCM的溝通蝗岖。由于分類和術(shù)語不穩(wěn)定，因此目前有關(guān)MDM的交流非常困難榔至。管理細菌和古細菌命名法的國際原核生物命名法典（ICNP）的當前版本未涵蓋未培養(yǎng)的微生物抵赢，這使得科學交流具有挑戰(zhàn)性。
第二個挑戰(zhàn)是從基因組信息推斷功能仍然非常困難唧取∏穑基于來自MDM的MAG和SAG的基因組信息的代謝預測只是潛在的，并不是有力的證據(jù)枫弟，并且MDM基因組中超過一半的基因沒有注釋的功能邢享，嚴重限制了我們對MDM功能的探索。
第三個挑戰(zhàn)是培養(yǎng)MDM仍然很困難淡诗。
4驼仪、MDM研究的未來展望
基于與MDM有關(guān)的三個主要挑戰(zhàn)掸犬，作者提倡三種方法來促進未來的MDM研究。
首先绪爸，仍需要對MDM進行多種組學（例如宏基因組學湾碎，宏轉(zhuǎn)錄組學，宏蛋白質(zhì)組學奠货，代謝組學等）聯(lián)合的方法進行研究介褥，以探索各類自然環(huán)境，尤其是極端環(huán)境下递惋，微生物物種和功能的多樣性柔滔。
需要加強物種與其原位功能之間的聯(lián)系。現(xiàn)在萍虽，可以通過整合組學睛廊，F(xiàn)ISH，MAR杉编，NanoSIMS超全，Raman和異源表達等技術(shù)對MDM功能進行探索。
需要建立和探索以多組學信息和功能網(wǎng)絡信息為指導的新的培養(yǎng)方法邓馒。對MDM的進一步了解需要許多學科和多維知識的結(jié)合嘶朱；
作者還強調(diào)需要建立MDM研究中心，以不同的方式應對這些挑戰(zhàn)光酣，從開發(fā)研究設(shè)施和提供技術(shù)援助到培訓下一代科學家疏遏，以及提供學術(shù)交流平臺。
對MDM的探索就像打開一個魔盒救军，其中可以裝滿充滿驚喜的糖果财异。 MDM的研究仍處于起步階段，對MDM的進一步探索將繼續(xù)為MDM在自然界中的進化和作用提供意想不到的答案唱遭。但是戳寸，作為科學家，“盒子”所展示的奇妙事物并不是MDM研究的最終答案胆萧，而是進一步探索生態(tài)和進化機制的起點。
原文鏈接：Microbial dark matter coming to light: challenges and opportunitiesacademic.oup.com
參考資料：
擴增子測序與菌種鑒定知識與錦集：
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