基于大數(shù)據(jù)繪制全球微生物組轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò) 發(fā)表于《美國(guó)微生物學(xué)會(huì)會(huì)刊》上

，該所單細(xì)胞中心提出了一種基于大數(shù)據(jù)搜索的理論模型，通過(guò)建立一個(gè)全球性的微生物組相互轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò)，從多個(gè)尺度探索不同生態(tài)系統(tǒng)之間菌群的內(nèi)在關(guān)聯(lián)與演化規(guī)律。相關(guān)成果近日發(fā)表于《美國(guó)微生物學(xué)會(huì)會(huì)刊》上。

人類(lèi)和哺乳動(dòng)物的演化歷程

，可通過(guò)各種地質(zhì)年代遺留下來(lái)的化石及其中蘊(yùn)含的古DNA來(lái)揭示。但是在漫長(zhǎng)的時(shí)光旅程中，各種生態(tài)系統(tǒng)中菌群演化與互作的痕跡往往已湮滅殆盡。

為從全球尺度上重現(xiàn)與理解微生物組間的演化途徑和互作過(guò)程

，中國(guó)科學(xué)院青島能源所荊功超和青島大學(xué)張玉鳳等組成的研究小組提出一個(gè)理論模型：微生物組可通過(guò)改變其內(nèi)諸多物種的組合和數(shù)量比例等方式相互轉(zhuǎn)化，以適應(yīng)各種生存環(huán)境與選擇壓力。因此，微生物組的演化與互作等關(guān)系，能基于其結(jié)構(gòu)相似性進(jìn)行推測(cè)。

基于這個(gè)模型

，研究人員運(yùn)用前期開(kāi)發(fā)的微生物組搜索引擎(MSE)，基于微生物組結(jié)構(gòu)的相似性高低，構(gòu)建了首個(gè)全球性“微生物組相互轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò)(MTN)”。該全局性網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)包含177022例菌群樣本、113億條16SrRNA序列，來(lái)自于從人體各個(gè)部位到各種生境的20大類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)。

有趣的是，與現(xiàn)實(shí)中社會(huì)人際網(wǎng)絡(luò)等相似

，MTN也是一種無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)。此類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的典型特征是，大部分節(jié)點(diǎn)只和很少節(jié)點(diǎn)連接，而有極少的節(jié)點(diǎn)卻與非常多的節(jié)點(diǎn)連接。這種“樞紐”節(jié)點(diǎn)的存在，使得此類(lèi)網(wǎng)絡(luò)對(duì)意外故障有強(qiáng)大的承受能力，但面對(duì)協(xié)同性攻擊時(shí)則顯得脆弱。因此，MTN的無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)特性，為目前地球上微生物組的多樣性成因與意義提供了一個(gè)全新的理論視角與原理詮釋。

令人意外的是

，在MTN中，雖然微生物組的結(jié)構(gòu)與其各自迥異的生態(tài)系統(tǒng)有著顯著的關(guān)聯(lián)性，但每個(gè)菌群與任一其他菌群之間平均只相距“七”步