皮肤微生物组补上参考基因组缺口:45万基因组里近六成物种此前无参考
核心概要
人体皮肤微生物组的参考基因组长期偏少,非细菌类群和全球菌株变异尤其缺失。全球皮肤宏基因组数据资源整合了12409份新测序与4396份公开皮肤宏基因组及3077份分离株基因组,重建出452397个宏基因组组装基因组,并新增42758个此前未表征的分类单元。在此基础上,17.1亿条预测蛋白序列被归并为1272886个蛋白家族,其中79434个在Pfam与RefSeq中均无同源命中。
人体皮肤微生物组的参考基因组长期偏少,非细菌类群和全球菌株变异尤其缺失。全球皮肤宏基因组数据资源整合了12409份新测序与4396份公开皮肤宏基因组及3077份分离株基因组,重建出452397个宏基因组组装基因组,并新增42758个此前未表征的分类单元。在此基础上,17.1亿条预测蛋白序列被归并为1272886个蛋白家族,其中79434个在Pfam与RefSeq中均无同源命中。
皮肤微生物组有了一个跨细菌、古菌、真菌和病毒的多界参考基因组目录,覆盖干性、湿性与皮脂丰富三类皮肤微环境以及10种皮肤病状态。 此前的皮肤专用目录如SMGC、UHSG和ELSG提高了读段比对率,但在非细菌类群、全球菌株水平和生态位特异适应上覆盖有限。 目录由12409份新测序样本与4396份公开皮肤宏基因组、外加3077份分离株基因组构建,共重建452397个宏基因组组装基因组,其中253565个原核基因组聚为11891个原核物种级基因组箱。
大量此前没有参考基因组的皮肤微生物被纳入目录,原核部分有7124个物种级基因组箱在SPIRE或GTDB中找不到参考基因组。 这些未表征箱占全部11891个原核物种级基因组箱的59.91%,携带51427个基因组,并把系统发育树的总枝长增加76.9%。 未表征箱分布在全部7个干性位点以及多个湿性和皮脂位点,在10种皮肤病样本中平均占所重建基因组的18.2%。
序列相似性检索找不到同源的功能暗物质被转成可建模的结构候选,用于推断这些蛋白可能做什么。 传统序列比对方法难以刻画与现有数据库无同源性的微生物蛋白,这部分功能库此前基本未被探索。 在1272886个蛋白家族中,79434个对Pfam-A和RefSeq均无命中;用ESMFold建模后得到1018个平均pLDDT大于90的高置信结构,再用AlphaFold3复核74个含高质量口袋的蛋白,确认30个结构。
该资源面向皮肤微生物组与皮肤病研究,覆盖干性、湿性、皮脂三类微环境和10种皮肤病状态,样本以中国队列贡献最大。宏基因组组装基因组是计算推断,作者指出其可能受片段化和错误分箱影响,尤其涉及可移动遗传元件和附属基因组。功能注释与小分子结合预测属于计算机模拟假设,需要生化表征和体内模型验证。
作者说明,尽管采样跨越不同地理与临床条件,全球人群的异质性意味着皮肤微生物多样性的真实边界仍未被完整描绘。病毒基因组在发表前暂存于公开链接,将存入永久公共库。未表征类群与疾病状态的关联只被描述为部分多样性与特定疾病背景相关,并未确立因果。