加州大学圣地亚哥分校的研究人员，作为与世界各地科学家大规模合作的一部分，开发了一种新的搜索工具，以帮助研究人员更好地了解微生物的代谢。微生物是几乎所有生物和环境系统中的关键角色，然而，目前用于研究微生物代谢的技术的局限性使得很难解码它们的相互作用和活动。
这项新研究发表在2024年2月5日的《自然微生物学》杂志上，直接解决了这些限制，最终可能改变我们对人类健康和环境的理解。
“人类正在行走的生态系统中，微生物的数量远远超过我们，但我们对微生物产生的代谢物知之甚少，”资深研究作者Pieter Dorrestein博士说，他是加州大学圣地亚哥医学院药理学和儿科学教授，也是加州大学圣地亚哥分校斯卡格斯药学院和制药科学教授。
“这项技术使我们能够在没有任何先验知识的情况下将微生物与其产生的代谢特征相匹配，这代表了我们研究微生物及其与人类和生态系统之间复杂关系的能力的重大飞跃。”
科学家们称之为microbeMASST的开创性工具是由加州大学圣地亚哥分校合作微生物代谢物中心的科学家开发的，该中心是美国国立卫生研究院支持的一项倡议，旨在建立一个国际管理的微生物代谢组学数据库，以帮助研究人员研究微生物与人类之间复杂的相互作用。
有益微生物在人类健康中发挥着关键作用，它们在身体的某些部位定植，包括皮肤，在那里它们保护我们免受外部病原体的侵害，以及肠道，在那里它们有助于营养吸收和调节免疫系统等基本功能。我们体内微生物群落的破坏与多种疾病有关。
Dorrestein补充说:“这一资源将帮助我们从机械上探究微生物群在肝病、炎症性肠病、糖尿病、动脉粥样硬化等健康状况中的作用。”
微生物也是重要环境过程的中心，例如碳和氮循环。当参与这些过程的微生物群落被破坏时，生态系统的营养循环就会变得更加困难，从而导致大范围的破坏性生态失衡。
由于它们在环境中的关键作用以及它们与较大生物的相互作用，微生物的代谢几乎是生物学所有方面的驱动力。然而，在现代实验中，微生物群落的巨大代谢潜力往往被忽视，通常只从广义上看待微生物代谢。
“在分子水平上研究微生物的挑战之一是，除非你已经知道你在寻找什么，否则很难分辨哪些微生物产生哪些分子，”第一作者西蒙娜·祖法(Simone Zuffa)说，她是与多雷斯坦合作的博士后研究员。
“如果你把微生物群落想象成挤满了人的聚会，很多人在说话，我们目前的实验只能记录声音，但我们想找到一种方法来解读音频，弄清楚谁在说什么。”
为了帮助开发新的搜索工具，研究人员将其称为microbeMASST，加州大学圣地亚哥分校合作微生物代谢物中心的研究人员从来自世界各地的科学家收集的60,000种不同的微生物样本中收集了超过1亿的数据点。该数据库从社区贡献和元数据中精心整理而成，包括来自植物、土壤、海洋、湖泊、鱼类、陆生动物和人类的微生物。
通过将实验样本与这个庞大的个体微生物库进行交叉比对，microbeMASST可以检测出样本中存在哪些微生物。
“目前还没有工具可以做到这一点，而我们的工具可以在几秒钟内完成，”Zuffa补充道。
由于microbeMASST可以在没有任何先验知识的情况下识别样品中的微生物，研究人员相信该技术的应用将扩展到生物学的各个领域，如水产养殖、农业、生物技术和研究微生物介导的健康状况。
Dorrestein说:“我们预计microbeMASST将成为生命科学研究界的变革性资源。”“此外，随着社区收集更多数据供系统参考，该工具只会随着时间的推移而改进。”
