从功能注释到微生物组研究中的功能意义

《Environmental Microbiome》：From functional annotation to functional meaning in microbiome research

　　

摘要

微生物组研究已经从单纯记录微生物群落组成，转向探讨这些微生物群落的真正功能。然而，“功能”这一概念常常被用来描述截然不同的证据层次。功能性的描述可能涉及功能潜力（即微生物群落所编码的遗传信息）、功能实现（在特定条件下活跃发挥的分子功能），或功能影响（对宿主、微生物群落或生态系统所产生的后果）。在本文中，我们探讨了微生物组研究中的功能性注释是如何产生生物学意义的，以及当前的研究方法为何支持不同类型的推理。我们提出了一种框架，将功能性推理分为三个层次：功能潜力、功能实现和功能影响。基于同源性分析、以功能域为中心的研究方法、基于信号通路的分析方法、机器学习方法以及多组学方法各自对这些层次有不同的贡献，但没有任何一种方法能够完全揭示微生物组的全部功能。我们认为，微生物组的生命功能应该被理解为一种多层次的推理结果，而不仅仅是一个单一的特性。认识到这种差异有助于更好地解释、报告和比较不同微生物组研究中的功能性发现。因此，功能性研究应当明确说明其结论是关于功能潜力、功能实现还是功能影响，从而清晰地阐述功能性描述的依据，并提高这些结论在不同研究中的解释性和可比性。

微生物组研究已经从单纯记录微生物群落组成，转向探讨这些微生物群落的真正功能。然而，“功能”这一概念常常被用来描述截然不同的证据层次。功能性描述可能涉及功能潜力（即微生物群落所编码的遗传信息）、功能实现（在特定条件下活跃发挥的分子功能），或功能影响（对宿主、微生物群落或生态系统所产生的后果）。在本文中，我们探讨了微生物组研究中的功能性注释是如何产生生物学意义的，以及当前的研究方法为何支持不同类型的推理。我们提出了一种框架，将功能性推理分为三个层次：功能潜力、功能实现和功能影响。基于同源性分析、以功能域为中心的研究方法、基于信号通路的分析方法、机器学习方法以及多组学方法各自对这些层次有不同的贡献，但没有任何一种方法能够完全揭示微生物组的全部功能。我们认为，微生物组的生命功能应该被理解为一种多层次的推理结果，而不仅仅是一个单一的特性。认识到这种差异有助于更好地解释、报告和比较不同微生物组研究中的功能性发现。