未培养微生物研究:方法、机遇与挑战

自然界中绝大部分的微生物仍是未培养的,称之为未培养微生物或微生物"暗物质"。对其进行研究不仅有助于认识微生物多样性及其代谢特征,加深对环境中微生物参与的生态学过程的理解,还有利于重构生命之树,揭示微生物的进化历程,具有重要的科学意义。同时未培养微生物是发现新基因资源和新活性物质的巨大宝库。随着现代分子生物学研究方法和培养技术的成熟和完善,从环境中直接破译未培养微生物的遗传信息,并实现培养逐渐成为可能。本文主要介绍了基于宏基因组技术和单细胞基因组技术或两者结合运用,研究环境中未培养微生物的主要方法和挑战,总结分析了目前已经解析的未培养微生物的主要类群,并对未来研究的机遇进行了展望。     

波形蛋白介导猪繁殖与呼吸综合征病毒感染Marc-145细胞作用的初步研究

为了研究波形蛋白在介导PRRSV感染过程中的作用,根据GenBank中已发表的波形蛋白序列,设计特异性引物,利用RT-PCR方法从Marc-145细胞中扩增目的基因,克隆入pET-28a,转化表达菌BL21(DE3)中进行诱导表达,用SDS-PAGE和Western blot鉴定表达产物,将表达产物纯化后免疫BALB/c小鼠制备血清,用病毒阻断实验验证PRRSV与波形蛋白及其抗体的关系。用ELISA方法确定了重组波形蛋白与PRRSV结构蛋白N蛋白和囊膜蛋白GP5蛋白之间的关系。结果表明,成功的从Marc-145细胞中扩增出全长的波形蛋白基因,将其克隆入pET-28a,诱导后得到高效表达,表达蛋白纯化后免疫小鼠抗体效价达到105,病毒阻断实验表明波形蛋白能部分阻断PRRSV感染,其抗血清能完全阻断PRRSV感染。ELISA结果表明波形蛋白能与N蛋白结合而不与GP5蛋白结合。此结果为PRRSV感染的细胞的受体机制增添了新的内容,为PRRSV感染过程中受体间的相互作用关系研究奠定基础。     

云南干热环境可培养高温放线菌多样性及产纤维素酶活性评价

[目的]探索云南东川干热河谷、元谋土林以及昆明周边高温堆肥、热泉等环境可培养高温放线菌的多样性及其产纤维素酶的潜力.[方法]利用稀释涂布平板法从采集于上述环境的样品中分离得到菌株500余株,通过形态去重复后对300余株进行16SrRNA基因测序分析,并对获得的菌株利用刚果红染色的方法进行纤维素酶活性初步筛选.[结果]分离到的菌株共分布于放线菌纲下9个亚目15个科33个属,其中候选新属2个、候选新种3个.451株菌的纤维素酶筛选结果显示57％具有纤维素酶活性,其中链霉菌、小单孢菌、野野村氏菌在纤维素酶活性菌株中占较大比例.[结论]云南干热环境下蕴含着丰富的放线菌资源,纤维素酶初步筛选显示出了良好的降解活性,为下一步的深入研究提供良好的菌源.     

猪细小病毒NS1基因的克隆与序列分析

目的:扩增猪细小病毒(Porcine Parvovinls,PPV)LJL12株NS1基因的全长序列,并进行同源性分析.方法:参考GenBank上公布的PPV中国株NS1基因序列,设计一对特异性引物增LJL12株NS1基因,测定序列,使用分子生物学软件进行同源性分析.结果:LJL12 株 NS1 基因伍长 1989bp,编码 662个氨基酸.与其他 PPV 中国株 NS1 的核苷酸同源性在 98.6%～100%之间,氨基酸同源性在98.5%～100%之间.其中,与南京株的同源性最高.结论:PPV NS1 蛋白具有高度保守性,适合用作诊断抗原.LJL12 株PPV NS1 基因的克隆,为进一步研究 NS1 的功能和作用奠定了基础.     

猪细小病毒NS1蛋白主要抗原表位区的原核表达

目的：用大肠杆菌表达猪细小病毒NS1基因的主要抗原表位区。方法：通过对GenBank发表的猪细小病毒（Porcine Par-vovirus,PPV）中国株非结构蛋白NS1的氨基酸序列分析,确定了其中抗原性较高的区域,针对此区域设计并合成了一对特异性引物,扩增出包含NS1主要抗原表位区的843bp的片段。酶切后连接到原核表达载体pET30a（＋）上,构建的原核表达载体pET30a-NS1s转化大肠杆菌BL21（DE3）感受态细胞,诱导表达。结果：重组蛋白大小约为43kD,与预期大小相符。Westernblot分析表明,该蛋白能与标准阳性血清发生特异性反应,证明该蛋白具有生物学活性。结论：NS1蛋白主要抗原表位区在大肠杆菌中成功表达,具有免疫原性。可作为鉴别诊断抗原用于PPV的临床检测。     

PRRSV核衣壳蛋白(N蛋白)的克隆及其原核表达

目的:采用基冈工程手段表达PRRSV VR 2332菌株的核农壳蛋白(N蛋白).方法:利用RT-PCR方法扩增出猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)VR 2332菌株的核衣壳蛋白(N蛋白)基冈并将其克降到原核表达载pET30a( )上,得到重组质粒rpEI30a-PRRSV/N,并将其转入受体菌E.coli B121(DE3)pLysS感受态细胞中,经IPTG诱导,通过SDS-PAGE电泳检测和Western blotting分析表达产物的特性.结果:SDS-PAGE电泳检测和Western blotting分析结果表明,表达的蛋白大小约为19kDa,符合预期结果,并能与抗PRRSV N蛋白的单克隆抗体发生特异性反应,说明表达的蛋白具有良好的免疫原性,可应用于临床PRRSV抗体的检测.结论:在大肠杆菌表达系统内成功表达了PRRSV核农壳蛋白(N蛋白).     

西北农林科技大学动物医学院，兽医免疫学研究所，杨凌712100

禽戊型肝炎病毒(Hepatitis E virus,HEV)与人、猪HEV同属于肝炎病毒属,它们在遗传性和抗原性上有一定的相关性。自禽HEV被分离鉴定以来,许多国家从血清学或分子流行病学方面证实了该病毒的存在和流行。目前,GenBank上共有5个禽HEV的全基因组或接近全基因组的序列,分为3个基因型,并且其全基因组包含3个ORFs,其中ORF2基因编码病毒的衣壳蛋白,包含病毒主要的抗原表位,是血清学检测和疫苗设计的主要靶蛋白。禽HEV由于其对家禽养殖业的危害以及人畜共患的可能性,正被引起越来越多的关注。本文结合国内禽HEV的分离鉴定从禽HEV病原学、致病性以及衣壳蛋白抗原性等方面进行了总结概述。     

俄罗斯堪察加地区热泉及其周边生境的泉古菌多样性

【目的】泉古菌为陆地热泉系统的主要古菌类群,可能在自然界生源元素的地球化学循环中发挥着重要作用。本研究旨在揭示俄罗斯堪察加地区热泉以及热泉周边区域的泉古菌多样性,同时基于之前已获得的我国云南地区热泉数据,比较两地区泉古菌群落差异。【方法】通过构建16S rRNA基因片段克隆文库获得序列信息和丰度,随后进行物种多样性、系统发育和群落结构差异分析。【结果】高温热泉Burlyashi Liza(BSL,89℃)中的泉古菌全部属于热变形菌纲(Thermoprotei)内的物种。中温热泉TF Vent 2(TFV,49℃)的群落结构主要由不确定的热变形菌纲类群、不确定的泉古菌类群、高温水环境泉古菌类群Ⅱ(HWCG-Ⅱ)和奇古菌下的Group1.1b类群组成。热泉周边常温环境的主要物种与热泉环境的代表性克隆pJP41一起聚成一个较大的遗传分枝。Jackknife聚类树和主坐标分析(Principal coordinates analysis,PCoA)的结果显示:温度相似的样点,其泉古菌群落结构相对来说更为相似。【结论】俄罗斯堪察加地区与我国云南地区热泉中的泉古菌存在着一定程度上的不同。陆地热泉系统影响着其周边环境的泉古菌类群。热泉中泉古菌群落结构受温度的明显影响。     

云南热泉中氨氧化古菌的accA基因与amoA基因丰度与环境因子NO_2~-和NO_3~-的相关性

【目的】氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)可能通过近期刚发现的3-羟基丙酸盐/4-羟基丁酸盐途径(3-hydroxypropionate/4-hydroxybutyrate cycle,HP/HB)来固定CO2,在海洋和土壤环境下进行化能自养型生长。云南热泉系统已被证明具有丰富的AOA多样性。本论文旨在调查云南不同热泉中,这种CO2固定途径的关健酶——乙酰辅酶A羧化酶基因acc A和古菌氨单加氧酶基因amo A,及原核微生物16S rRNA基因的丰度变化,以及它们与环境因子的相关性。【方法】选择20处代表性热泉沉积物样品,通过荧光定量PCR技术,获得各目的基因丰度;利用R软件包对各样点地化参数进行主成分分析(Principal Component Analysis,PCA),并通过Mantel test检验各目的基因和地化参数间的相关性。【结果】细菌和古菌16S rRNA基因的丰度范围分别在6.6×107至4.19×1011和1.27×106至1.51×1011拷贝/g沉积物;古菌acc A和amo A基因的丰度范围为8.89×103至6.49×105和7.64×103至4.36×105拷贝/g沉积物,Mantel test结果显示acc A和amo A基因丰度间具有极显著的相关性(R=0.98,P0.001),两者又分别都与热泉内的NO2-和NO3-浓度存在显著相关,与p H值等其它环境因子没有明显统计学意义上的相关性。【结论】云南地区热泉间的细菌和古菌丰度,以及两者比例关系都存在较大差异;相关性的统计结果进一步证明了热泉环境下的氨氧化古菌是通过HP/HB途径进行CO2固定;本次研究并未发现氨氧化古菌的丰度与环境p H存在明显统计学意义上的相关性,这与常温土壤环境的相关研究结果存在不同。