人們對微生物的了解還相當匱乏，因為許多微生物是無法在實驗室中培養的。加州理工和美國能源部聯合基因組研究所的研究人員成功開發了新型分析技術，探索“微生物暗物質”。
　　
 　微生物幾乎是無所不在的，它們對生態環境和人體健康起到了不容忽視的作用。然而人們對微生物的了解還相當匱乏，因為許多微生物是無法在實驗室中培養的。科學家們想了很多方法來探索這些“微生物暗物質”，但還不能同時鑒定微生物的身份和活性。
　　
　現在，加州理工（Caltech）和美國能源部聯合基因組研究所（DOEJGI）的研究人員成功開發了這樣的分析技術。這一重要研究成果于六月二十八日發表在美國國家科學院院刊PNAS雜志上。
　　
　“探索微生物暗物質目前最大的一個問題是，鑒定微生物的代謝活性及其在整個體系中承擔的功能相當麻煩。傳統方法雖然特異性好靈敏度高，但研究過程特別繁瑣，實驗成本也比較高，”文章第一作者，Caltech的RolandHatzenpichler博士說。“因此，我們需要通量更高、成本更低的分析方法。BONCAT就是這樣一種新技術。”
　　
　BONCAT：探索微生物組的高通量技術
　　
　BONCAT（BioOrthogonalNon-CanonicalAminoacidTagging）是原本是用于生物工程研究的。Hatzenpichler及其同事對這個技術稍加改動，把它應用到了微生物領域。BONCAT主要是用人工合成的氨基酸標記正在生產蛋白的細胞。對這些氨基酸進行熒光染色，就可以在群體中看到活躍細胞。
　　
　研究人員從美國沿海的甲烷滲漏區收集沉積物樣本。這些樣本含有在一起共生的甲烷氧化菌ANME和硫酸鹽還原菌SRB，它們能去除海洋沉積物釋放的大部分甲烷（約80%）。研究人員建立了一系列模擬條件，對這些樣本進行培養，跟蹤甲烷代謝菌的緩慢生長。他們將BONCAT與FISH結合起來，在不同條件下鑒定活躍的微生物。“一般來說，甲烷滲漏區生活著甲烷氧化菌的不同群體，”Hatzenpichler解釋道。“過去人們一直認為，不同甲烷氧化菌的活躍時間存在差異。我們通過BONCAT分析發現，甲烷氧化菌在培養過程中是共同起作用的。”
　　
　當BONCAT遇上流式細胞術
　　
　研究人員還將BONCAT與流式細胞技術結合起來，分選在特定條件下活躍的微生物細胞。他們對分選出來的微生物細胞進行全基因組擴增，隨后測序16SrRNA標志基因，由此鑒定其中的微生物。研究人員正在對這些樣本進行全基因組測序，希望從中獲得更多的實用信息。
　　
　BONCAT-FACS的結果表明，甲烷氧化菌不僅與硫酸鹽還原菌相互作用，有時還與疣微菌門的成員產生關聯。這說明甲烷氧化菌的共生關系比人們想象的更為廣泛。這些互作關系是否對雙方都有利，還有待于進一步研究。
　　
　宏基因組學是了解微生物暗物質的重要途徑。NatureMethods雜志發布了一個名為TruSPADES的強大工具，可以大大提升研究者們測序宏基因組的能力。這種算法能將Illumina測序儀生成的300bp短讀取，合并成大約1萬bp的基因組片段（SyntheticLongReads）。如果說用短讀取相當于語句，那么長片段就是整章文字。顯而易見，把整章文字還原成一本書要容易得多。
　　
　人類消化道中居住著大量的微生物，它們被統稱為腸道微生物組。腸道微生物組在人類代謝食物、抵御感染和應答藥物等過程中起到了重要的作用。許多人類疾病都與微生物組失衡有關。科學家們發現，對微生物組用藥可以治療心臟病。研究顯示，地中海式飲食通過改變腸道菌的活性來發揮健康效應。膳食補充一種在紅酒和橄欖油中含量豐富的天然化合物，可以防止小鼠腸道菌將不健康食品轉化為堵塞動脈的代謝副產品。研究人員在此基礎上開發了首個干涉腸道菌代謝活性的藥物，這種藥物有望治療人類的心臟病。
　　
　自閉癥又稱孤獨癥，是一種發育障礙類疾病，可導致嚴重的社交行為變化，主要表現為社交障礙、溝通困難、重復和刻板行為以及言語發育遲緩。Baylor醫學院的研究人員最近在Cell雜志上發表文章指出，缺乏一種腸道菌會使小鼠出現與自閉癥譜系障礙（ASD）類似的社交障礙。給缺陷小鼠腸道補充這種腸道菌，可以逆轉它們的一些行為缺陷。