研究人员正在开发用于细菌基因组测序和编辑的新技术。
细菌是地球上最多样化的生命形式之一，因此它们的基因组揭示了许多令人惊叹的发现也就不足为奇了。对细菌基因组的研究已经发现了细菌的多细胞免疫机制，了解了不寻常的代谢形式，甚至可能通过调整人类微生物群来改善健康结果。近年来，研究人员一直在努力开发针对细菌基因组测序和遗传修饰的工具，推动了这一领域的蓬勃发展。
食品中的细菌基因组隐秘世界
利用宏基因组学（shotgun metagenomics），研究人员编制了迄今为止最大的食品相关微生物数据库，使人们能够识别某些食物中存在的多种微生物种类。该数据库由来自50个不同国家的2500多种食品样本组成，包含了超过1100个细菌基因组。其中几乎一半的微生物仅存在于特定的食物上，在其他环境中未被发现，而相似数量的微生物则是全新的科学发现。由于一些鉴定出的细菌基因组与食品变质有关，这项研究为质量控制和食品变质测试提供了基础，有助于更好地理解一些存在于人类微生物群中的菌株，并可能应用于减少浪费以延长食品保质期的策略。
使用新测序工具研究稀有细菌基因组
方刚（Gang Fang）的团队开发了一种名为mEnrich-seq的测序技术，可以富集样品中感兴趣的细菌。
方刚是西奈山伊坎医学院的遗传学家，他的职业生涯专注于细菌基因组测序。他开发了一种称为mEnrich-seq的技术来解决这一难题。通过利用特定细菌菌株的独特表观遗传特征，mEnrich-seq可以将感兴趣菌株的信号增强超过100倍，防止它们被大量物种产生的“噪音”淹没。这种方法可用于识别抗生素耐药菌株，例如在患有泌尿道感染的患者中，或从粪便样本中找到可作为益生菌使用的有益菌株。
编辑细菌基因组以改善人类微生物群
人类微生物群对我们的健康和福祉有着广泛的影响，促使研究人员探讨如何通过调节这些微生物的基因组来改善健康结果。CRISPR基因编辑技术的出现使得科学家能够修改多种细菌基因组，但并非所有物种都适合编辑。加州大学伯克利分校的一组生物工程师开发了一种测序方法，以识别易于遗传操作的细菌基因组，然后改进CRISPR技术，创建了一个一体化的DNA编辑系统，可以应用于这些物种。通过这种方法，他们能够在粪便样本中富集特定菌株，突显其潜在的治疗应用前景。
巨大细菌基因组中含有不寻常的代谢基因
对巨大细菌基因组的研究揭示了这种生物如何获取能量的机制。
曾经被误认为是原生动物的巨大细菌 Epulopiscium viviparus 最近首次对其基因组进行了测序，揭示了一些使其能够获取能量的不寻常特征。格拉斯哥大学的微生物学家大卫·桑尼诺（David Sannino）及其团队通过基因组学和转录组学发现，E. viviparus 缺乏特定于呼吸作用的基因，而呼吸作用是产生最多能量的代谢机制。相反，这种巨大的细菌通过结合几种效率较低的代谢过程，如发酵和钠动力机制来驱动其代谢。
多细胞细菌基因组揭示复杂的免疫机制
研究人员探讨了聚集形成粉红色浆果的紫色硫细菌如何保护自己免受病原体侵害。
一项关于多细胞细菌基因组的研究展示了罕见的突变系统——多样性生成逆转录元件（DGR），如何使合作的微生物群体抵御病原体。DGR蛋白结构类似于人体免疫系统产生的抗体，可以识别入侵者如噬菌体，并在细菌基因组的特定位点发生高频率突变。加州大学圣巴巴拉分校的微生物学家伊丽莎白·威尔班克斯（Elizabeth Wilbanks）及其同事对聚集形成粉红色浆果的细菌基因组进行了测序，以探索其DGR库。这些细菌中的DGR能够在其目标基因中产生比宇宙中的质子还多的变化，但它们如何保护细菌免受病原体侵害仍有待进一步研究。
随着更好的工具的开发和新菌株的测序，研究人员将继续发现有助于我们理解微生物群落、环境和人类健康的细菌基因组。借助CRISPR等基因编辑工具，生物工程师可能能够修改人类微生物群，并开发靶向治疗药物。
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