微生物是自然界最伟大的“化学家”，研究古代细菌的基因组有可能发现非常古老的分子的新用途。图片来源：菲利克斯•韦伊/维尔纳•西门子基金会
科技日报记者 张梦然
古代基因组重建和生物技术的突破正在揭示旧石器时代微生物丰富的分子秘密。在最新一期《科学》杂志上发表的研究中，德国莱布尼茨天然产物研究和感染生物学研究所、马克斯·普朗克进化人类学研究所以及美国哈佛大学领导的跨学科研究团队重建了更新世以前未知细菌的基因组，并由此建立了一个平台以恢复古代细菌的天然产物。
当一个生物体死亡时，它的DNA会迅速降解并分裂成许多微小的碎片。科学家可通过将这些DNA片段与数据库进行匹配来识别其中的一些片段，但大多数古代DNA无法与当今已知的任何东西相匹配。这个问题长期以来一直困扰着科学家。近年来计算技术的进步使得将DNA片段重新组合在一起成为可能，就像拼图一样，或可重建未知的基因和基因组。
经过3年的测试和优化，科学家取得了突破，实现了长度超过100000个碱基对的DNA片段，并恢复了广泛的古代基因和基因组。他们现在可从数十亿个未知的古代DNA片段开始，系统地将它们整理成冰河时代失传已久的细菌基因组。
团队专注于重建牙结石细菌基因组，这些牙齿来自12个生活在公元前102000年到40000年的尼安德特人，34个生活在公元前30000年到150年的古人类，以及18个现代人类。牙结石是身体中唯一会在一生中经常变成化石的部分，它会将活的牙菌斑变成矿化细菌的“墓地”，研究人员以此重建出了之前未被描述过的细菌物种。
团队还使用合成分子生物技术工具，让活细菌产生了由古老基因编码的化学物质。这是该方法首次成功应用于古代细菌，导致发现了一个新的微生物天然产物家族，研究人员将其命名为“古呋喃”。这是获取地球过去微生物隐藏的化学多样性的第一步，等同于为天然产物的发现增加了一个新时间维度。
总编辑圈点
微生物是自然界最伟大的化学家，它们的“创造物”包括世界上大量的抗生素和多种治疗药物。生产这些复杂的天然产物可并非易事，而要做到这一点，细菌依赖于特殊的基因，而这些基因编码能够制造相关化学物质的酶促机制。此前，对微生物天然产物的科学研究基本局限于活细菌，而新成果在揭示古代微生物的遗传和化学多样性方面，创建了一个里程碑。