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古代基因組重建和生物技術(shù)的突破正在揭示舊石器時代微生物豐富的分子秘密。在最新一期《科學(xué)》雜志上發(fā)表的研究中，德國萊布尼茨天然產(chǎn)物研究和感染生物學(xué)研究所、馬克斯·普朗克進化人類學(xué)研究所以及美國哈佛大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科研究團隊重建了更新世以前未知細菌的基因組，并由此建立了一個平臺以恢復(fù)古代細菌的天然產(chǎn)物。

當一個生物體死亡時，它的DNA會迅速降解并分裂成許多微小的碎片。科學(xué)家可通過將這些DNA片段與數(shù)據(jù)庫進行匹配來識別其中的一些片段，但大多數(shù)古代DNA無法與當今已知的任何東西相匹配。這個問題長期以來一直困擾著科學(xué)家。近年來計算技術(shù)的進步使得將DNA片段重新組合在一起成為可能，就像拼圖一樣，或可重建未知的基因和基因組。

經(jīng)過3年的測試和優(yōu)化，科學(xué)家取得了突破，實現(xiàn)了長度超過100000個堿基對的DNA片段，并恢復(fù)了廣泛的古代基因和基因組。他們現(xiàn)在可從數(shù)十億個未知的古代DNA片段開始，系統(tǒng)地將它們整理成冰河時代失傳已久的細菌基因組。

團隊專注于重建牙結(jié)石細菌基因組，這些牙齒來自12個生活在公元前102000年到40000年的尼安德特人，34個生活在公元前30000年到150年的古人類，以及18個現(xiàn)代人類。牙結(jié)石是身體中唯一會在一生中經(jīng)常變成化石的部分，它會將活的牙菌斑變成礦化細菌的“墓地”，研究人員以此重建出了之前未被描述過的細菌物種。

團隊還使用合成分子生物技術(shù)工具，讓活細菌產(chǎn)生了由古老基因編碼的化學(xué)物質(zhì)。這是該方法首次成功應(yīng)用于古代細菌，導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)了一個新的微生物天然產(chǎn)物家族，研究人員將其命名為“古呋喃”。這是獲取地球過去微生物隱藏的化學(xué)多樣性的第一步，等同于為天然產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)增加了一個新時間維度。

總編輯圈點

微生物是自然界最偉大的化學(xué)家，它們的“創(chuàng)造物”包括世界上大量的抗生素和多種治療藥物。生產(chǎn)這些復(fù)雜的天然產(chǎn)物可并非易事，而要做到這一點，細菌依賴于特殊的基因，而這些基因編碼能夠制造相關(guān)化學(xué)物質(zhì)的酶促機制。此前，對微生物天然產(chǎn)物的科學(xué)研究基本局限于活細菌，而新成果在揭示古代微生物的遺傳和化學(xué)多樣性方面，創(chuàng)建了一個里程碑。

(責任編輯：韓夢晨)