來自美國和英國的研究人員近日利用單細(xì)胞基因組擴(kuò)增、測序和裝配，從海洋樣本中鑒定出一個單細(xì)胞細(xì)菌。該研究成果發(fā)表在9月18日的《Nature Biotechnology》在線版上，暗示δ變形菌有遺傳資本來降解葉綠素組分，并有助于海洋環(huán)境的生物降解過程。

來自J. Craig Venter研究所、加利福尼亞大學(xué)以及Illumina Cambridge公司的研究人員組成了一個研究小組，對加利福尼亞海洋樣本中的單個細(xì)菌細(xì)胞基因組進(jìn)行了測序。他們僅利用短片段讀取，實(shí)現(xiàn)了這種不可培養(yǎng)的細(xì)菌的基因組裝配，獲得了宏基因組研究中缺少的細(xì)胞特異的遺傳信息。

盡管人們希望鑒定出人體內(nèi)以及環(huán)境中生存的各種微生物，但大部分細(xì)菌種類不能在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)，這阻礙了研究人員對它們的測序和研究。盡管宏基因組研究提供了整個細(xì)菌群體的遺傳信息，但無法為群體中單個成員的遺傳性質(zhì)提供詳細(xì)資料。

為了了解更多細(xì)菌，研究小組利用單細(xì)胞測序來深入研究單個細(xì)菌細(xì)胞的基因組。他們希望利用這種方法來解析微生物如何殺死對方，如何利用環(huán)境中的物質(zhì)，以及更多。

文章的作者之一，加利福尼亞大學(xué)的Pavel Pevzner及其同事利用單細(xì)胞基因組測序策略來追蹤了一種海洋細(xì)菌的基因組。這種細(xì)菌被稱為SAR324，是在La Jolla海采集的，根據(jù)16S rRNA測序結(jié)果被劃分為一種δ變形菌（Deltaproteobacteria）。

他們的單細(xì)胞測序方法利用了多次替換擴(kuò)增、Illumina GAIIx末端配對測序，以及一種新的單細(xì)胞裝配算法（EULER+Velvet-SC），旨在解決與多次替換擴(kuò)增相關(guān)的擴(kuò)增偏向。

研究人員在大腸桿菌和金黃色葡萄球菌上驗(yàn)證了測序和裝配策略的可行性后，隨后將研究對象換成SAR324，生成了單細(xì)胞基因組序列，能裝配成430萬個堿基的contig序列，含有3811個開放閱讀框。根據(jù)目前的研究，他們估計SAR324的整個基因組在4.95-6.42 Mb之間。

盡管還需要進(jìn)一步研究來弄清SAR324在環(huán)境中的作用，但基因組模式表明該細(xì)菌是好氧菌，且移動的。結(jié)合tRNA、氨基酸和維生素相關(guān)基因，研究人員發(fā)現(xiàn)了參與有氧代謝、鞭毛形成及趨化作用的基因。

該細(xì)菌中的一些基因似乎編碼了參與葉綠素組分分解的酶，研究小組據(jù)此推斷SAR324可能協(xié)助降解了光合生物。

今后，研究人員計劃使用相似的策略對不同環(huán)境中的單個細(xì)菌細(xì)胞進(jìn)行測序，從大海深處到醫(yī)院病房及人體內(nèi)。作者認(rèn)為，這種經(jīng)濟(jì)高效的方法應(yīng)該有助于微生物分類和進(jìn)化的探索，且能夠挖掘出一些環(huán)境微生物，其基因和通路能夠?yàn)樯锛夹g(shù)和生物醫(yī)學(xué)所用。