發表在《Nature Communications》上的一項新的研究表明，合成生物學可以幫助更好地描述複雜的微生物群落，釋放它們在工業和醫療生物技術方面的潛力。共同作者湯姆·威廉姆斯博士說：“這些微生物中的大多數都很難在實驗室中生長和研究，而且在大多數科學史上都是一種生物暗物質”。
微生物群落控制着地球上許多最重要的環境過程。例如，光合作用的海洋微生物產生了世界上至少 50% 的氧氣；與根相關的細菌群落從大氣中“固定”了氮，使其可供植物使用；農場動物胃中的微生物群落使它們能夠分解來自植物食物的堅韌纖維素。
然而，隨着現代 DNA 測序技術的出現，通過將它們的 DNA 序列與數據庫中其他特徵物種的序列進行比較，研究這些複雜的微生物群落成為可能，這一領域被稱為元基因組學（metagenomics）。
威廉姆斯博士表示：“元基因組學使人們對微生物群落的結構和功能有了前所未有的了解，但有兩個主要的限制。首先，如果不在實驗室中進行測試，就很難最終確定從環境 DNA 測序中發現的特定基因和基因組的功能。第二，作為不可培養的微生物群落基礎的元基因組不能被生物技術所駕馭”。
他繼續說道：“為此我們提出元基因組學的一些局限性可以用合成生物學來克服，在合成生物學中，測序的元基因組可以在實驗室微生物中使用大規模的 DNA 合成來實現。作為一個理論上的測試案例，我們探索了在一個單一的葡萄酒酵母物種中重新創造葡萄酒發酵環境中存在的微生物功能的可能性”。
這將使人們能夠更精確地控制和理解葡萄酒發酵，並為合成更複雜的環境元基因組並將其帶入生活提供工具和框架。目前，DNA 合成過於昂貴，無法進行大型元基因組的合成，但隨着新技術的發展，成本的降低，合成元基因組學將成為一個可行的前景。