中国大陆科学钻探(CCSD)深部地层微生物研究——两株未培养地下微生物菌株原位含量的分析

从地下1033．77米深处岩芯中提取微生物DNA,经PCR扩增,获得16S rDNA序列。选取其中两个序列(CCSD1305与CCSD1307),根据其16S rDNA可变区设计PCR引物,通过实时定量PCR分析,确定这两株未培养微生物在岩芯中的生物量。结果表明,CCSD1305与CCSD1307在该岩芯中的数量分别约为6．6×104和2．18×106个／克岩石。

岩石中微生物学研究的分子生物学技术——中国大陆科学钻探(CCSD)微生物研究

本文介绍了中国大陆科学钻探(CCSD)微生物学研究中所建立起来的分子生物学技术,即环境基因组DNA提取、16S rDNA分析、Real-time PCR技术和磷脂酸分析技术。另外探索了防污染的手段以及监测方法,并介绍了我们以这种方法时CCSD的微生物学研究所得到的一些初步结果。

高质量临床微生物基因组参考数据库构建的思考

病原宏基因组高通量测序(mNGS)技术因其检测时间短、分辨率高,能识别罕见、新发病原体引发的感染或者混合感染等优势,已经被广泛地应用于临床疑难感染的辅助诊断。然而,由于目前尚缺乏标准化生物信息学分析流程和高质量临床微生物基因组参考数据库等问题,一定程度上制约了该技术临床应用的进一步发展。本文介绍了高质量临床微生物基因组参考数据库建设现状,探讨了高质量临床微生物基因组参考数据库构建的技术要求、质量控制过程和实现方式,并提出相关思考和建议。

肠道与微生物相互作用体外研究模型进展与应用

肠道微生物对机体的营养代谢、能量代谢和免疫功能等具有十分重要的作用,而微生物黏附、定植以及同宿主肠上皮的相互作用在这些过程中至关重要,因而深入理解微生物和肠道之间的相互作用是阐明微生物如何参与机体营养、代谢和免疫过程的关键。本文综述了研究微生物与肠道相互作用的主要体外模型,以及应用这些模型取得的研究进展。

极端微生物蛋白质组学的研究现状

本文概述了近年来蛋白质组学技术在极端微生物研究领域中存在的关键问题、解决途径和研究现状。迄今为止,虽然蛋白质组学技术快速发展,但极端微生物的蛋白质组学的研究仍然存在很多困难。由于极端微生物的蛋白质-蛋白质复合物解离不彻底,而嗜中温微生物的蛋白质解离和变性条件不适用于极端微生物合成的大多数蛋白质等特殊问题,致使蛋白质组学技术还没有广泛应用于嗜盐、嗜热/冷、嗜酸/碱等微生物的研究中。当然,蛋白质组学技术应用的潜能和前景吸引人们积极尝试各种各样的方法。目前,通过研究已经有效地解决了嗜盐蛋白质的分离、嵌合膜蛋白的鉴定和新蛋白质的功能推测,证实了基因组预测的一些结论,并揭示基因组不能充分解析的某些特性和新蛋白质。极端微生物蛋白质组学的研究表明,全面展示蛋白质表达谱需要不止一种蛋白质组学方法。此外,蛋白质组学和基因组学的互相印证和结合,将加速极端微生物的研究进程,深入全面地揭示微生物适应极端环境的特殊机制,进而阐明极端微生物生存的机理,为改善胁迫因素导致的伤害提供新的研究方向。

荷斯坦奶牛瘤胃微生物元基因组BAC文库的构建与分析

采用未培养技术和脉冲场电泳技术直接从瘤胃微生物提取到大小在2Mb左右混合微生物DNA,经HindⅢ不完全酶切获得50～100kbDNA片段,将其连接在pCC1BAC载体上,转化E.coliEPI300,得到瘤胃微生物BAC文库,经对文库的鉴定分析,该文库的平均插入片段54.5kb,空载体率小于2%,库容837Mb,共保存15360个克隆。通过对该文库进行部分酶活性筛选,获得具有淀粉酶活性的克隆16个;纤维素酶活性的克隆26个,而且能降解纤维素的克隆中25个呈现多酶活性。这些结果表明该文库具有重要研究价值。

奶牛瘤胃微生物BAC文库中ACCase基因的筛选与生物信息学分析

【目的】从奶牛瘤胃微生物BAC文库中筛选含乙酰CoA羧化酶(ACCase)基因的克隆子,并对其全长测序和生物信息学分析。【方法】利用PCR序列驱动筛选法,从瘤胃微生物BAC文库中筛选ACCase基因,鸟枪法测定基因序列后,进行基因注释、比对和系统发育分析。【结果】筛选得到了含ACCase基因的克隆(U12),其插入片段序列(URE12)全长43 358 bp,GC含量为43.75%,经GeneMark程序预测含有38个基因,经Signature程序预测属于变形菌门。ACCase基因(Acc-32)编码159个氨基酸,与Elusimicrobium minutum的ACCase基因具有41%的相似度,编码蛋白分子量为17.89 kD,等电点为5.27,在距离Acc-32上游的33 kb区域,发现一段能编码ACCase连接酶的基因。Acc-32的结合位点氨基酸残基为GQVICVIEAMKVFNELKA,系统发育分析表明Acc-32属于ε-变形菌纲。【结论】得到了含有ACCase基因的序列片段,并且ACCase基因具有新的结构特征。

^15N-标记的气相色谱-同位素比质谱与气相气谱-质谱联用鉴定微生物反硝化作用

以好氧反硝化菌-产碱杆菌(Alcaligenesfaecalis)在15 N-KNO3标记反硝化培养下所产气体与培养管中空气的混合气体为分析对象,在样品中N2/O2,CO2,N2O,H2O基线分离的基础上,利用气相色谱-同位素比质谱对混合气体中N2进行高精密度的δ15 N分析,同时利用气相色谱-质谱联用的选择离子模式对混合气体中N2O进行高灵敏度的同位素丰度监测,可对微量N2和/或N2O的生成进行确认,从而基于反硝化作用的主要代谢产物N2和/或N2O的生成,提出了15 N标记的微生物离体反硝化作用鉴定与确认的方法与程序。本方法程序特别适用于未知微生物反硝化作用的鉴定及反硝化菌株的确认。在合适的15 N-标记的底物及培养条件下,本方法可用于硝化细菌反硝化作用产生的N2的确认。

沤麻废水处理池微生物多样性分析及其Fosmid文库酶活初步筛选

通过构建元基因组16S r RNA文库和Fosmid文库,对富含纤维素、半纤维素等大分子有机物的湖南沅江明星麻厂碱性沤麻废水处理池(p H9.35)微生物多样性进行了分析和新的工业用酶基因筛选,发现该碱性处理池原核微生物主要以细菌为主,包括厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门、绿菌门等四个细菌类群,其中变形菌门弯曲杆菌科硫磺单胞菌属细菌和腐败希瓦氏菌为优势菌群,其次为拟杆菌门和厚壁菌门。该环境古菌的生物量和丰度较少,以广古菌门马氏甲烷八叠球菌为优势类群。并且从该碱性池元基因组Fosmid文库中筛选出包括淀粉酶(36个)、脂肪酶(9个)、蛋白酶(4个)、纤维素酶(4个)在内的一系列食品和工业用酶活性克隆。为进一步开发和利用该碱性处理池微生物基因资源奠定了基础。

微生物纳米导线、纳米管与胞外电子传递及胞间物质交换

微生物广泛分布于自然界中。微生物与矿物间的互相作用,对地球表层元素循环及环境演变起着重要作用。胞外呼吸是微生物与矿物之间相互作用的方式之一,其核心环节是胞外电子传递,其中的纳米导线传递已成为目前胞外电子传递研究的热点。已知的纳米导线可以分为菌毛和细胞外膜与周质空间延伸物两种。此外,细菌纳米管是一种由细胞膜成分构成与希瓦氏菌的纳米导线类似的管状物。纳米管可以在某种特定刺激下,作为相邻细菌细胞间物质交换的通道,但纳米管是否具有导电性能,目前并不清楚。本文综述了近年来有关细菌纳米管、纳米导线及其电子传递机制和应用方面的研究进展。

微生物新型防御系统的系统性发现与展望

微生物防御系统是生物技术创新与发展的重要工具库,细菌限制性内切酶的发现催生了现代分子克隆技术,CRISPR系统的开发利用则使基因组编辑技术取得革命性突破。基于上述原因,微生物新型防御系统的发现与研究已引起各国科学家的重视,一些新的防御系统如pAgos和DISARM等相继被发现和研究。为进一步挖掘微生物中可能蕴藏着的其他未知防御系统,最近以色列科学家Sorek等报道了从海量的微生物基因组序列中系统性发现新型防御系统的研究策略,并且通过合成生物学思路鉴定了10种新型系统的抗病毒或抗质粒功能。本文将首先介绍Sorek团队系统性发现新型防御系统的研究工作,进而总结目前已知的主要微生物新型防御系统的可能机制,并对该领域的发展态势与挑战进行分析和展望。

水圈微生物生态、功能与资源:水圈微生物专栏序言

国家自然科学基金委员会于2017年启动了“水圈微生物驱动地球元素循环的机制”重大研究计划(简称“水圈微生物”计划)。“水圈微生物”计划聚焦典型水圈生境,通过多学科交叉研究,发展并运用新技术、新方法,揭示水圈微生物在物种、群落和生态水平驱动碳氮硫循环的机制及其环境响应,认识水圈微生物在元素地球生物化学循环中的宏观生态作用,为应对全球变化、保护水圈生态服务功能、实现国家“双碳”目标、推动国民经济与社会可持续发展提供理论、资源与技术。

PET塑料废弃物及微塑料生物降解与转化的研究现状与展望

塑料工业的发展在给人类社会带来方便的同时,也导致大量的废旧塑料垃圾不断产生,给全球生态系统带来了严重的负担。我国是塑料生产和消费大国,在塑料的研究和治理等方面都面临空前的国际舆论压力,近年来,我国相继推出一系列限塑禁塑政策,发展高效塑料降解策略已成为生态、环境、能源等领域发展的迫切需求。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是应用最广泛的合成聚酯之一,通过生物酶法对其回收是一种绿色理想的处理方法,为解决PET废弃污染提供新契机。近年来,不同来源的PET水解酶可分为来自嗜热微生物(放线菌和真菌)的嗜热降解酶和来自中温细菌的温和降解酶。这2种在不同温度下发挥高效PET降解能力的酶对于PET废弃塑料处理有着不同的优势。本文主要对可回收PET废物以及无法有效回收的微塑料的生物降解的研究现状进行梳理总结,重点阐述了PET降解酶设计改造策略和应用前景,以期为开发高效PET降解酶提供参考依据,为资源可持续发展和环境治理等重大问题提供资源储备。

环境微生物培养新技术的研究进展

遍布于地球上各种生境中的微生物具有丰富的物种多样性。迄今为止,能够在实验室条件下培养的微生物仅仅是其中的一小部分,微生物物种的绝大多数还都难以在现有培养技术和条件下进行繁殖和生长。人们把那些尚未在实验室获得培养生长的微生物称之为未培养微生物(Uncultured microorganisms)。本文概述了一些制约微生物培养生长的影响因素,重点介绍了近年来出现的一些新颖独特的环境微生物培养技术和方法,包括稀释培养法、高通量培养技术、模拟自然环境的扩散盒技术、土壤基质膜装置、细胞微囊包埋技术等。此外,本文还总结了通过改善微生物培养条件、设计开发新型的微生物培养基等方面取得的令人瞩目的进展。这些新颖培养技术和培养方法的出现,显著提高了微生物的可培养性,发现和鉴定了许多新的微生物物种,极大地丰富了可培养微生物的多样性和微生物资源,并为深入研究和开发微生物奠定了良好的资源研究基础。

头皮微生物多样性与去头屑活性成分研究进展

综述了头皮微生物多样性与去头屑活性成分国内外研究进展及现状,重点介绍了头皮葡萄球菌属、丙酸杆菌属和马拉色氏真菌属的定殖与头皮屑的关系,常用去头屑活性成分吡啶硫酮锌的功能及毒性,益生菌剂对头皮微生物的影响,并对去头屑洗发水功能因子的复配进行了展望。

微生物气溶胶检测技术的研究进展

生物气溶胶中微生物的种类复杂多样,其采集和鉴定是全面掌握微生物气溶胶生物特性的关键,对防控气溶胶病原体传播十分重要。本文简要综述了微生物气溶胶的生物特性和潜在危害性,介绍了微生物气溶胶的一般采集方法,采集器采集生物气溶胶的基本原理、特点和优缺点。将有助于研究人员根据实验目的在采集低浓度生物气溶胶时选择合适的采样器。本文围绕气溶胶微生物依赖和不依赖于培养的分析鉴定、单细胞水平鉴定等方法综述了气溶胶微生物的鉴定技术,以及鉴定气溶胶中病毒的研究进展。最后针对现有的微生物气溶胶采集和鉴定方法提出展望,以期为发展微生物气溶胶收集方法和促进对生物气溶胶生物特性的全面理解提供理论基础。

Biofilm与c-di-GMP专刊序言--微生物的社会性、c-di-GMP调控及研究新技术

生物被膜(Biofilm)是微生物生存的主要形式。它是一种或多种微生物通过胞外多糖、胞外DNA、蛋白质等组成的基质聚集在一起形成的细胞多聚体。生物被膜中的微生物细胞之间存在密切的信号通讯,并且表现出与浮游生活时完全不同的生理代谢特征,其发育过程受到环二鸟苷单磷酸(c-di-GMP)等细胞第二信使的控制。由于生物被膜在基础生命科学和医疗、工业、农业、环境治理等应用科学中的重要性,相关研究是微生物学领域的前沿之一。本期专刊从生物工程、研究技术、感染与免疫、环境生物学和植物病理学等角度,较系统地对生物被膜的形成机制、调控分子机理、理化特性和应用技术等进行了综述或研究,展示了我国在本领域的研究水平,同时也对本领域未来发展趋势进行了有益的讨论。

微生物降解磺胺甲恶唑的研究进展

抗生素是一类难降解、低浓度就有高生态毒性效应的化合物,近年来被归为新型环境污染物,其环境残留与去除备受关注。作为广泛使用的抗生素之一,磺胺甲恶唑在水土环境中的残留量不断增加,检出率也越来越高。研究表明,磺胺甲恶唑是少数几种可被微生物降解的抗生素之一,微生物降解法是最具潜力的残留磺胺甲恶唑去除手段。本文总结了磺胺甲恶唑在土壤、沉积物、活性污泥、混合菌群、酶等条件下的降解及已分离的具有降解能力的单菌株对磺胺甲恶唑的降解情况,包括其降解效率、降解条件等,归纳了目前磺胺甲恶唑微生物降解的主要分类,并讨论了影响磺胺甲恶唑降解的两个特有因素。指出从分子生物学及生物信息学角度研究其降解途径,降解菌、降解菌群的人工构建及其在含磺胺甲恶唑污水处理中的应用与效果评价等应为今后磺胺甲恶唑生物降解与应用研究的重点。

微生物单细胞基因组技术及其在环境微生物研究中的应用

单细胞及单细胞基因组学研究是近年生命科学研究的热点之一,微生物单细胞基因组学研究是继微生物元基因组学(又称宏基因组学,Metagenomics)之后新发展起来的,可有效获取环境中大量无法培养的微生物遗传信息的技术。微生物单细胞基因组技术包括单细胞获取、全基因组扩增、全基因组测序以及数据分析等步骤,目前该技术在环境微生物研究中的应用主要集中于探索未被元基因组技术或其它常规技术探测到的新型功能基因,或是对环境中物种丰度极小的未培养微生物的发现,以及对微生物细胞生命进化过程的研究等。本文对微生物单细胞基因组技术中单细胞获取和全基因组扩增所涉及到的不同方法以及应用此技术对环境微生物取得的主要研究进展进行综述。