海洋生物技术和组学方法

海洋生物技术

海洋生物技术利用生物技术应用，开发世界海洋资源，利用生物技术工具制造新产品和新工艺。中国在粮食、能源和人类健康方面取得了重大进展。制药公司对海洋生物技术的兴趣也随着他们更好地掌握自然疗法的功效而发展。

尽管海洋生物技术仍处于早期阶段，但通过使用前沿组学技术，它对生物多样性海洋生态系统的识别、表征和应用做出了重大贡献。

组学概论

组学是以组学结尾的生物学各个领域的集合，如代谢组学、蛋白质组学、转录组学和基因组学。它处理的工具和技术应用于调查功能，相互作用，和行为的不同种类的组成一个人的细胞。这些研究通常使用尖端技术进行，产生了关于细胞结构和功能变化的巨大数据库。

“这些组学学科正在为生物学科的发展创造适当的平台，这些学科将专注于识别存在于活生物体内部的复杂联系。”(Veenstra, 2021)。

海洋生物技术组学

组学，包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学和营养组学，正在彻底改变生物技术和医学研究。它将研究重点从单个核苷酸转移到整个生物体。

这些组学驱动的方法旨在量化和识别所有的生物成分，从建筑上、生理上和周期性地转变为生命形式。在宏观尺度上，组学专注于把握局限于“组”中的复杂生活。这种综合方法在海洋生物技术中提供了广泛的重要应用，包括药物发现、生物燃料生产和水产养殖。

“代谢合成大肠杆菌和酵母使用组学生产生物燃料和基于初级和次级代谢的生物制品”(Amer & Baidoo, 2021)

“组学”通过改善营养价值，在提高质量、一致性和产量以及对抗全球粮食短缺方面发挥着重要作用。

“许多基于基因组的研究正在为各种鱼类的选择性育种、扩展和修饰开发新概念。(Wong et al.， 2022)

1.Meta-genomics

随着基因组学的引入，海洋生物技术得到了极大的发展。从海洋生物中提取的生物技术制品增加了海洋生物技术的独特性。

由于线粒体和基因组研究，现在可以很容易地识别海洋物种。除了揭示海洋生物的发展，它还有助于解码现存物种的整个基因组。然而，海洋生态宏基因组学仍处于早期阶段，尚未得到广泛应用。这些基因技术和最近在海洋生物方面的突破增加了我们对海洋生物多样性及其对蓝色生态系统影响的了解。基因组学显示DNA序列和结构，有助于解决生态系统功能、生物多样性丧失和气候变化等挑战。

组学技术的进步也引起了研究人员的兴趣，因为它们在确定海洋物种的遗传能力方面变得越来越重要。自从许多微生物基因组的序列完成以来，每个基因组发现的蛋白质比以前所知道的要多。这表明，在标准的实验室环境下，大量的生物活性化学物质无法表达。

Daniotti & Re在他们的综述中记录了生物活性化合物，如terragins、紫罗兰素和透霉素，是通过宏基因组技术发现的，因为它们具有抗生素活性，证明了它们在从不可培养的微生物中发现药物的潜在用途。元基因组方法可用于发现海洋微生物产生的新型生物活性化学物质。

在最近的一项研究中，Leão等人研究了热带底栖蓝藻的天然产物基因及其表达产物。他们确定了几种可用于基因组挖掘的生物合成基因簇。

2.Metatranscriptomics

高通量筛选和测序技术的进步导致了元转录组学的研究，它量化了不断变化的环境环境和微生物活性之间的联系。

科学家们在自然环境中使用元转录组学，揭示了已知和未发现的转录本，以研究环境变化对海洋物种代谢的影响。

Geoghegan和他的同事们利用总RNA测序(元转录组学)对19种野生海洋鱼类的病毒组进行了特征分析，并得出结论，鱼类含有特别大而复杂的病毒组。

元转录组学提供了物种组成和丰富度的估计，这些估计非常接近形态学数据。

“在之前对浮游动物的研究中，洛佩兹和他的同事们利用元转录组学来监测浮游动物的多样性和组成。”

3.蛋白质组学

在生物技术中，蛋白质组学是一个高度复杂和常用的“组学”。它可以识别和测量有机体在特定时期排泄的所有蛋白质。从如此大量的样本中收集的数据使我们能够更好地了解生物体在各种环境下的生物学行为。

Reindado和他的研究小组利用从纳米绿藻(Nannochloropsis gaditana)收集的蛋白质组学数据发现了抗癌蛋白UCA01，从而将其转化为生物医学和农业食品行业的高价值信息。它可以更好地理解基因组和转录组学在分子水平上无法提供的复杂生化过程。

在一项研究中，Zhou和他的同事在蛋白质水平上探索了属于不同盐度的Scylla paramamosain越冬代谢改变的分子基础。

4.代谢组学

代谢组学是另一种“组学”技术，在过去二十年中不断发展，以更好地理解由不同海洋物种产生的许多代谢物。代谢组学是海洋化学生态学的前沿方法，它提供了有关海洋动物之间化学诱导相互作用的信息。

此外，这种方法已被证明在推进新代谢物的结构和功能的表征方面是有效的。

在一项研究中，Zhang等利用代谢组学工具从海洋细菌Micromonospora sp.中发现了一簇生物碱，即阳具碱a - e。然而，生态学严重影响这些代谢物的特征。代谢组学技术还有助于阐明生态系统对代谢物合成的影响。

在他们通过LC-MS进行的调查中，Molina和他的同事描述了在三个不同的地区发现的红藓属植物中产生的不同的萜类化合物。

海洋生物技术中的多组学

尽管发现了各种海洋生物及其产物的基因组，但了解它们与由它们编码的代谢物的相互作用仍然至关重要。

当所有前沿组学技术(基因组学、转录组学和代谢组学)结合在一起时，它为我们提供了一个将代谢物生产与调节代谢物的分子事件联系起来的渠道。整合这些组学方法可以提供关于基因簇、它们的表达、最终产物、控制它们的分子机制以及参与这些过程的生物活性分子生产的酶的深入知识。

例如，Wang等人在他们的研究中使用了多组学的综合方法，在海胆中鉴定了类二十烷素生物合成的相关基因。

未来的发展方向

由于最近高通量测序技术的改进，我们现在对海洋微生物的多样性、生态学和进化有了更好的了解。

转录组学方法，如元条形码，表明识别单细胞基因的功能可能是可行的。尽管代谢组学有许多优点，在发现新的体内生理活性化学物质方面具有巨大潜力，但公共数据库中缺乏海洋天然产品的覆盖范围仍然是根本的缺点。

此外，由于大量的测序数据，一场数据危机似乎即将到来。为了确保数据共享，科学家们正在从更广泛的角度看待生物信息学资源，如可用于研究和数据存储的云服务。例如，可以通过将已识别和涌现的海洋自然产品(来自使用传统和组学技术发现的宏观和微生物)添加到GNPS等现有数据库中来解决这一问题。

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©2022 Samra Hayat Khan