複旦科研團隊聯合多國科學家合作研究，建構迄今為止最全面的全球微生物基因目錄。中原標準時間12月16日淩晨，相關研究成果發表于《自然》（Nature）主刊。
微生物在地球中無處不在，隐藏在人們的皮膚、腸道以及土壤、河流、海洋等環境，構成一個個複雜的微生物組（microbiome）群落。它們在不同環境下與不同宿主共生互動，成為影響人類健康、疾病發展、地球生态變化的重要因素。傳統微生物組研究按照人類微生物、海洋微生物等不同栖息地分别進行研究，無法在全球視野下描述不同栖息環境中微生物群落的互相關聯。
複旦大學類腦研究院青年研究員路易斯·佩德羅·科埃略（Luis Pedro Coelho）、教授趙興明、名譽教授皮爾·伯克（Peer Bork）與來自德國、西班牙、美國、英國等多國科學家合作研究，基于全球微生物組（global microbiome）的概念，将地球上不同栖息地的微生物作為統一系統，運用人工智能技術對1.3萬個公開宏基因組樣本進行挖掘，建構了迄今為止最全面的全球微生物基因目錄（GMGC，Global Microbial Gene Catalog），為全球微生物組研究邁出了重要一步。該研究同時發現，大多數基因具有栖息地特異性，跨越多栖息地的基因主要富集在抗生素耐藥性基因和移動遺傳元件。
中原標準時間12月16日淩晨，相關研究成果《原核生物基因的生物地理學研究》（“Towards the biogeography of prokaryotic genes”）以長文（article）形式發表于《自然》（Nature）主刊，科埃略是論文的第一作者和共同通訊作者。
該研究得到了歐盟“地平線2020”創新計劃、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市“腦與類腦智能基礎轉化應用研究”市級科技重大專項等項目的資助。
包含3億個原核生物基因的全球微生物基因目錄。本文圖檔均由複旦大學提供
揭示微生物基因與栖息環境的重要關聯
基因目錄對于描述微生物群落的物種組成和功能特性具有重要意義。自2010年歐洲分子生物學實驗室（EMBL）和華大基因建構首個人類腸道微生物基因目錄以來，新興的微生物基因目錄為研究人類生理學和疾病提供了重要線索。
全球微生物基因目錄（GMGC，Global Microbial Gene Catalog）涵蓋了腸道、口腔、皮膚、海洋、土壤等14個微生物的主要栖息地，收集了13174個公開可用的高品質宏基因組和84029個高品質的基因組，得到了包含3.03億個物種級的基因（95%的核酸一緻性聚類），建構了迄今為止最全面的全球微生物基因目錄，将為地球生态研究和人類健康研究提供重要貢獻。
物種水準的單基因簇（unigene）可能代表着來自多種栖息地的基因（“multi-habitat genes”）。多栖息地基因可能來自在多種栖息環境中都生存的物種，或者來自基因組之間或者跨越栖息地邊界水準轉移的移動遺傳原件（mobile elements）。研究發現，大多數基因都是栖息環境特異性的，這與微生物傾向于适應環境的特性是一緻的；隻有5.8%物種水準的單基因簇是多栖息環境基因，多栖息環境基因主要富集在抗生素耐藥性基因和移動遺傳原件。
研究者們進一步研究了宏基因組中單基因簇的頻率，發現大多數單基因簇是出現頻率低于0.1%的罕見基因。單基因簇的頻率服從中性（或接近中性）進化假設下的幂律分布（power law）。事實上，雖然觀察到很多變異，但大多數變異并不是對環境的适應，而是由所謂的“中性進化”驅動：變異隻是随機的結果，而不是達爾文選擇。
這些發現對于了解抗生素抗性的産生，以及未來抗菌藥物的研發具有重要的意義。
複旦大學類腦研究院學術讨論班
多學科交融的國際化研究團隊
複旦大學類腦智能科學與技術研究院生物醫學人工智能團隊聚焦于人工智能與生物醫學交叉研究，自2018年以來引進一批國内外優秀學者。團隊擁有計算機、數學、生物、實體等不同學科背景，交叉融合，國際化氛圍濃厚。近年來，圍繞生物醫學大資料的特點，發展了一系列人工智能算法，已成功應用于腦-腸軸、腦發育和腦疾病等場景中，相關工作發表于《自然》（Nature）、《科學》（Science）、《細胞》（Cell）等期刊。
論文第一作者科埃略于2018年全職加入複旦，此前專注于利用宏基因組及顯微圖像技術對微生物群體進行分析。他與研究院生物大資料團隊、計算生物學團隊等多個研究組合作交流，參與計算神經科學與類腦智能教育部重點實驗室建設，作為課題骨幹參與多個生物醫學大資料、腦科學與類腦研究等重大研究計劃，聚焦利用大資料的方法從事微生物組及精準醫學等相關研究。
作為類腦研究院生物醫學人工智能團隊的負責人，教授趙興明介紹，該研究建構了一個全球視域下的微生物基因目錄，對于了解微生物與人類健康的關系具有重要的作用。下一步，團隊還将基于所開發的基因目錄，進一步與國内外科研院所和臨床醫療開展合作，探究微生物包括人體腸道微生物與人類生命大健康、大腦認知和行為等方面的影響。