广东
深海高压黑暗、冰川终年严寒、盐湖高盐脱水、地热泉高温滚烫……这些看起来寸草不生的极端环境，却仍有微生物的存在。为了在“生命禁区”存活，这些微生物进化出了特殊的生存技能，也产生了大量独特的活性物质，是天然的药物资源库。但长期以来，科学界缺乏全球尺度、跨生境的系统性整合研究，大量珍贵的微生物资源尚未被系统整理和利用。
近日，华大生命科学研究院联合大连理工大学等多家单位，正式发布全球首个多生境极端环境微生物组综合资源库（EEMC）。该研究整合全球海量宏基因组与微生物分离株，构建包含7.8万个中高质量基因组、近40亿非冗余基因的超大数据库，发现大量全新微生物物种。同时，团队依托蛋白质大语言模型，成功发现一批高效低毒、可对抗多重耐药菌的新型抗菌肽，为破解全球抗生素耐药危机提供全新解决方案。
01
填补全球空白：
极端环境微生物“数字宝库”建成
研究团队历经多年攻关，构建了一个覆盖广、数据全、质量高的极端环境微生物组目录EEMC，创下多项纪录：
收录78,213个细菌与古菌基因组，覆盖深海、冰冻圈、地下、高盐、高酸、地热、干旱七大类极端生境；
发现32,715个代表性物种，其中超60%为全新未报道物种，提升全球已知微生物物种多样性；
包含近40亿非冗余基因，近20%为全新基因，仍蕴藏巨大挖掘潜力。
与国际主流微生物数据库GEM、GOMC、TARA对比，EEMC中超85%的物种为独有新类群。在冰冻圈、深海、高盐环境中，新物种占比均超60%，极大拓展了人类对地球生命边界的认知。
EEMC基因组的环境分布及其物种水平聚类
02
百万级生物合成基因簇：
解锁天然药物“宝藏库”
微生物能产生抗菌物质，关键在于它们体内的生物合成基因簇。研究团队从EEMC资源库中系统挖掘出163,693个生物合成基因簇（BGCs），归为6万余个基因簇家族，其中58.68%为全新家族，显示极端微生物具备极强的天然产物合成潜力。这也意味着，人类又解锁了一个从未探索过的天然药物“宝藏库”。
在这些基因簇中，核糖体合成与翻译后修饰肽（RiPPs）占比最高（28.60%），是抗菌肽的理想来源。另外，深海与冰冻圈环境贡献超57%的 BGCs，成为新型活性物质的核心来源。更特别的是，99.72% 的古菌来源的BGCs为古菌独有，这为抗生素发现开辟全新方向。
EEMC基因组的新颖性、系统发育分布及其生物合成潜力
03
AI精准筛选：
84%候选肽具抗菌活性，强效攻克耐药菌
为了从海量候选基因中快速筛选出优质抗菌肽，研究团队创新搭建蛋白质大语言模型驱动的Metagenomics-AI（MAI）框架，同步预测多肽的抗菌活性与细胞毒性，打破了传统模型依赖已知序列、忽视毒性的瓶颈。
用于预测低毒性抗菌肽的MAI模型的框架和性能
从1万多个核心肽中精准筛选出3,032个低毒候选抗菌肽（cAMPs）；
化学合成100条肽段，84%显示抗菌活性，50条测试均为低毒；
6条抗菌肽表现出较强的抗菌活性，对多重耐药菌具有显著抑制作用，包括鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌和粪肠球菌等临床重要病原体。其中，cAMP_81表现最优，其对耐药鲍曼不动杆菌的最低抑菌浓度低至16μM，抗菌效果优于目前已发表的抗菌肽。
研究验证显示，这类抗菌肽通过破坏细菌细胞膜发挥作用，并且连续30天诱导也不易产生耐药性，兼具高效、安全、低耐药优势。
cAMPs的抗菌活性、二级结构表征和耐药性演变结果
华大生命科学研究院陈海新副研究员表示：“本次成果是中国在极端环境微生物与AI药物发现领域的标志性突破，为生物医药与生态保护提供核心支撑。未来，团队将结合长读长测序、AI结构预测与合成生物学，持续挖掘极端微生物的极端酶、活性代谢物等资源，为新型抗生素研发、工业生物技术、生态环境保护提供源头创新支撑，助力应对全球耐药性挑战。”
该成果由三亚华大生命科学研究院主导，联合国内外7家单位协同完成，得到海南省重大科技项目、三亚崖州湾科技城项目、海南省青年自然科学基金项目等支持。目前，EEMC数据库已在CNGBdb公开共享，代码与模型在 Zenodo、GitHub开放，为全球科研提供免费“数字资源库”。
三亚华大生命科学研究院江浦滋博士、梁正佼、石静雅，华大生命科学研究院欧洲分院Vladimir Kovacevic为该论文的共同第一作者。三亚华大生命科学研究院岳震、陈海新，大连理工大学薛闯教授，武汉华大生命科学研究院殷鹏为论文的共同通讯作者。
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