Cell全球微生物组研究发现数千个新物种，绘制城市抗菌素耐药性地图

大约12000细菌和病毒在抽样收集来自世界各地的公共交通系统和医院从2015年到2017年以前从来没有被确认,根据国际MetaSUB协会的一项研究,一个全球性的努力跟踪微生物由威尔康奈尔医学调查。

　　

纽约(2021年5月26日)——大约12000个细菌和病毒在抽样收集来自世界各地的公共交通系统和医院从2015年到2017年以前从来没有被确认,根据国际MetaSUB协会的一项研究,一个全球性的努力跟踪微生物由威尔康奈尔医学调查。

这项研究于5月26日发表在《细胞》杂志上，国际研究人员在3年的时间里收集了来自6大洲32个国家60个城市的近5000份样本。研究人员使用一种名为散弹枪测序的基因组测序技术分析了这些样本，以检测各种微生物的存在，包括细菌、古细菌(与细菌不同的单细胞生物)和使用DNA作为遗传物质的病毒。(利用RNA作为遗传物质的其他类型的病毒，如导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒，不可能用本次大流行前研究中使用的DNA分析方法检测到。)

这一研究领域对于发现已知和未知感染的暴发以及研究不同城市环境中耐抗生素微生物的流行情况具有重要意义。

“每次你在地铁里坐下来，你很可能和一个全新的物种一起通勤，”资深作者克里斯托弗·梅森博士说，他是定量预测世界量化倡议的联合主任，也是威尔·康奈尔医学院的生理学和生物物理学教授。Mason博士也是Biotia and Onegevity Health的联合创始人和付费顾问，以及WorldQuant LLC的付费演讲者。

目前的研究发现了10928种病毒和748种细菌，它们都没有出现在任何参考数据库中。

梅森博士创立MetaSUB(简称宏基因组和Metadesign地铁和城市生物群落)在2015年,随着Evan Afshin博士,当时麦考利荣誉学院本科生皇后学院,现在临床研究员Weill Cornell医学和生理学和生物物理学付费Onegevity健康顾问。这项最新发布的研究是由dr。Mason, David Danko, Weill Cornell研究生院的博士生在Mason博士的实验室进行研究，Daniela Bezdan，当时是Weill Cornell医学的计算生物医学助理研究员。

通过收集微生物样本并分析它们的基因——统称为微生物组——研究人员希望更多地了解生活在人类中间的细菌、病毒和其他微生物。例如，这项研究可能有助于识别耐抗生素菌株的出现。仅从基因序列来预测抗生素耐药性是一项挑战，但研究人员能够绘制出一些已知与耐药性有关的基因，量化它们的数量，并确认遗传标记赋予耐药性的能力。他们发现一些城市比其他城市有更多的抗性基因，并且这些基因中可能有一些城市特有的特征。

抗菌素耐药性仍然是一个重大的全球卫生挑战。Afshin博士说:“虽然还需要进一步的研究，但这个数据集展示了微生物组绘图和监测的价值和潜力，以及它可以为医生、科学家和公共卫生官员提供的见解。”

此外，了解微生物制造的小分子和蛋白质也可能导致发现新的抗生素以及其他有潜力开发成药物的分子。目前使用的许多抗生素和药物都是从微生物源中提取的。新微生物物种的发现也可能带来新的实验室工具和方法，比如使用被称为CRISPR的分子编辑工具的新方法。在这项研究中，研究人员发现了838532种新型CRISPR阵列——细菌内发现的病毒DNA片段——和430万种新肽(小蛋白质)。

梅森博士说，由于这些采样工作，他仅通过对一个人鞋子上的DNA进行排序，就可以预测此人的居住地，准确率约为90%。研究发现，影响城市微生物群的因素有很多，包括总体人口和人口密度、海拔、靠近海洋和气候。关于这些独特签名的发现可以为将来的法医研究提供依据。

一个微生物群包含了它被收集的地方的分子回声。沿海的样本可能含有喜盐微生物，而来自人口密集城市的样本可能显示出惊人的生物多样性，”丹科博士说。

Drs。2013年，梅森和阿夫辛开始收集和分析纽约市地铁系统中的微生物样本。在他们发表了他们的第一项研究成果，即PathoMap之后，来自世界各地的研究人员联系了他们，他们想为自己的城市做类似的研究。国际社会的兴趣激发了梅森博士的实验室创建MetaSUB，并聘请了丹妮拉·贝兹丹(Daniela Bezdan)担任研究总监。“我们需要为20个国家的100个城市与科学家、供应商、政府办公室和慈善基金会签订国际认可的协议、物流和合作协议，”贝兹丹说。

今天，MetaSUB继续发展，并已扩展到从空气、水和污水中收集RNA和DNA样本，以及硬质表面。该项目已获得500万美元的赠款，用于在三个州(佛罗里达、纽约和威斯康辛)进行污水测序和病毒追踪，该项目是疾病控制和预防中心新设立的国家污水监测系统(NWSS)的一部分。

该组织还监督了每年6月21日举行的全球城市采样日(gCSD)等项目，并进行了广泛的研究，包括对2016年夏季奥运会前、期间和之后的里约热内卢进行了全面的微生物分析。本研究中分析的许多样本都是在2016年和2017年的全球城市抽样日收集的。纽约市的抽样工作得到了威尔康奈尔医学临床和转化科学中心(CTSC)的支持，并与CTSC高级项目经理Jeff Zhu合作。梅森博士和他的同事们目前正在为今年的活动做准备。

“我们在2015年开始时，联盟由16个城市组成;6年后，我们有了100多个城市。梅森博士说，他也是威尔康奈尔医学院(Weill Cornell Medicine) Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz Al-Saud计算生物医学研究所(HRH Prince Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz Al-Saud Institute for computational biomedmedicine)计算生物医学的计算基因组学教授。

“虽然样本是从世界各地收集的，但大部分分析都是在纽约市的威尔康奈尔医学院完成的，”梅森博士说。序列的分析和组合也利用了位于匹兹堡超级计算中心的极端科学与工程发现环境(XSEDE)超级计算机“桥梁”和“桥梁-2”。MetaSUB的研究人员在瑞士(博士。Andre Kahles和Gunnar R?tsch)使用这些组件和原始数据构建了一个可搜索的全球DNA序列门户(MetaGraph)，该门户索引了所有已知的基因序列(包括MetaSUB数据)。该门户将任何已知或新发现的基因元素映射到它们在地球上的位置，并可以帮助发现新的微生物相互作用和假定的功能。

样本的DNA分离主要是在Zymo Research和Promega的支持下进行的，并与HudsonAlpha生物技术研究所的Shawn Levy博士、斯德哥尔摩大学的Klas Udekwu博士和纽约基因组中心合作进行了测序。未来和正在进行的研究将着眼于RNA和DNA的长读和空间成像方法，以及从全球站点追踪代代物，并继续更新行星规模的基因地图。

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