研究人員發現了屬於海洋微生物的3.17 億個獨特基因簇。該庫也是世界上最大的開源基因目錄，但也僅代表了海洋元基因組學的”冰山一角”，為探索如何將這些基因資源用於醫藥、能源、食品和其他行業提供了工具。

海洋微生物組是一個巨大的、高度多樣化的基因庫，具有複雜的新陳代謝能力。全球海洋基因組已被證明是科學的重要資源，尤其是在健康領域。例如，最初從水母中分離出來的綠色螢光蛋白現在已被廣泛應用於醫學成像診斷；生活在熱液噴口周圍的細菌是用於檢測SARS-CoV-2 的PCR 測試中聚合酶的來源。但是，還有更多的基因有待發現。

元基因組學是對直接取自環境或臨床樣本的遺傳物質的研究，可以將基因功能與基因所屬的生物體相匹配。分析數百萬海洋微生物的基因組成是一項艱鉅的任務。值得慶幸的是，人工智慧的興起和運算能力的提高使得大規模的元基因組分析成為可能。

現在，阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的研究人員與西班牙國家研究委員會（CSIC）海洋科學研究所合作，對居住在海洋中的微生物的大量基因資訊進行了分析和編目。

研究人員利用2021 年發明的KAUST 元基因組分析平台(KMAP) 分析了2102 個海洋樣本。大部分（78.5%）樣本採集於上層海洋（0 至200 公尺/656 英尺）；7.2%採集於中層海洋（200 公尺/656 英尺至1000 公尺/3281 英尺）；10.2%採集於暗層海洋，深度低於1000 公尺/3281 英尺。

他們的DNA定序分析確定了3.175億個獨特的基因簇，並利用這些基因簇創建了KMAP全球海洋基因目錄1.0，這是世界上最大的海洋微生物開源目錄，可將微生物與基因功能、地理位置和棲息地類型相匹配。除了增進我們對海洋微生物群及其新陳代謝能力的了解外，所提供的資訊還能幫助科學家追蹤全球暖化、污染和整體海洋健康狀況，並為探索新型基因在醫藥、能源、食品和其他行業的潛在用途提供了工具。

該研究的通訊作者卡洛斯-杜阿爾特（Carlos Duarte）說：”科學家可以遠端存取目錄，研究不同的海洋生態系統是如何運作的，追蹤污染和全球暖化的影響，尋找生物技術應用，如新型抗生素或分解塑膠的新方法。我們目前正在經歷的人工智慧加速發展很可能會在識別我們正在發布的海量目錄中所包含的生物技術相關基因方面發揮重要作用」。

有趣的是，在中深海區發現的獨特基因簇中，真菌佔了50%以上，凸顯了真菌對微生物多樣性的貢獻。此外，95.9% 的樣本來自遠洋區，即遠離海岸的開放自由水域，4.1% 的樣本來自海底區，即洋底。底棲微生物在海洋生物地球化學循環中起著舉足輕重的作用，生物圈中生物（生物）和非生物（非生物）之間的相互作用促進了碳、氮和硫等重要元素的更替。收集有關這些微生物的資訊為了解海洋生態系統如何適應因自然和人為原因而不斷變化的環境提供了寶貴的資訊。

“我們的分析強調了繼續對海洋進行採樣的必要性，重點是那些研究不足的區域，如深海和洋底，”該研究的主要作者Elisa Liaolo說。

雖然3.175 億個基因簇聽起來似乎很多，但研究人員知道，他們仍有許多工作要做。

杜阿爾特說：”海洋基因目錄1.0中記錄的3.17億個基因組雖然令人印象深刻，但很可能只是海洋生命漫長進化史所積累的龐大功能庫的冰山一角。進一步的項目側重於對海洋中未被充分研究的棲息地進行取樣和大規模測序，其中包括研究中未包括的珊瑚和海草等生物，這些棲息地中已知有大量微生物物種，這些項目將可能揭示出比這個初始基因目錄中包含的基因數量多得多的基因。”

這項研究發表在《科學前沿》雜誌。