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脑科学研究新进展：构建迄今最全全球微生物基因目录

发布时间： 2021-12-27

　　中国青年报客户端讯（潘少军 贾龙豪 中青报·中青网记者 王烨捷）日前，复旦大学类脑研究院青年研究员路易斯·佩德罗·科埃略（Luis Pedro Coelho）、教授赵兴明、名誉教授皮尔·伯克（Peer Bork）与来自德国、西班牙、美国、英国等多国科学家合作研究的成果《原核生物基因的生物地理学研究》（“Towards the biogeography of prokaryotic genes”）以长文（Article）形式发表于《自然》（Nature）主刊。科埃略是论文的第一作者和共同通讯作者。

　　该研究基于全球微生物组（global microbiome)的概念，将地球上不同栖息地的微生物作为统一系统，运用人工智能技术对1.3万个公开宏基因组样本进行挖掘，构建了迄今为止最全面的全球微生物基因目录 （GMGC，Global Microbial Gene Catalog），为全球微生物组研究迈出了重要一步。该研究同时发现，大多数基因具有栖息地特异性，跨越多栖息地的基因主要富集在抗生素耐药性基因和移动遗传元件。

　　全球微生物基因目录涵盖了肠道、口腔、皮肤、海洋、土壤等14个微生物的主要栖息地，收集了13174个公开可用的高质量宏基因组和84029个高质量的基因组，得到了包含3.03亿个物种级的基因（95%的核酸一致性聚类），构建了迄今为止最全面的全球微生物基因目录，将为地球生态研究和人类健康研究提供重要贡献。

　　此前，传统微生物组研究按照人类微生物、海洋微生物等不同栖息地分别进行研究，无法在全球视野下描述不同栖息环境中微生物群落的相互关联。

　　这一论文的第一作者科埃略于2018年全职加入复旦，此前专注于利用宏基因组及显微图像技术对微生物群体进行分析。进入复旦类脑研究院工作后，他发现，这是一个跨学科交融、国际化程度很高的大团队。他的同事中有三分之一来自不同国家，他与研究院生物大数据团队、计算生物学团队等多个研究组合作交流，参与计算神经科学与类脑智能教育部重点实验室建设，作为课题骨干参与多个生物医学大数据、脑科学与类脑研究等重大研究计划，聚焦利用大数据的方法从事微生物组及精准医学等相关研究。

　　类脑研究院生物医学人工智能团队负责人赵兴明教授介绍，下一步，团队还将基于所开发的基因目录，进一步与国内外科研院所和临床医疗开展合作，探究微生物包括人体肠道微生物与人类生命大健康、大脑认知和行为等方面的影响。

　　科埃略在讲课。复旦大学供图

　　据悉，复旦大学类脑智能科学与技术研究院生物医学人工智能团队聚焦于人工智能与生物医学交叉研究，自2018年以来引进一批国内外优秀学者。团队拥有计算机、数学、生物、物理等不同学科背景，交叉融合，国际化氛围浓厚。近年来，围绕生物医学大数据的特点，发展了一系列人工智能算法，已成功应用于脑-肠轴、脑发育和脑疾病等场景中，相关工作发表于《自然》（Nature）、《科学》（Science）、《细胞》（Cell）、《细胞·新陈代谢》（Cell Metabolism）等期刊。2020年，团队获吴文俊人工智能自然科学一等奖。