宏蛋白质组学:研究微生物群落的一种新策略

宏蛋白质组学是一种运用蛋白质组技术对特定微生物群落所产生的全部蛋白质进行大规模研究与分析的新技术。简要概述宏蛋白组学的产生、研究策略及其应用情况,并对其应用前景进行展望。     

宏蛋白质组学——研究微生物群落基因表达的新技术

宏蛋白质组学是应用蛋白质组学技术对微生物群落进行研究的一项新技术,其定义为在特定的时间对微生物群落的所有蛋白质组成进行大规模鉴定。通过对宏蛋白质组学的研究策略、进展情况的综述、介绍,展望了宏蛋白组学在研究微生物群落基因表达中的应用前景。     

基于宏组学方法认识微生物群落及其功能

进入后基因组学时代,测序技术飞速发展,测序成本明显下降,形成了涵盖宏基因组学、宏转录组学和宏蛋白质组学的宏组学技术,推动了对微生物群落的多样性、结构及潜在基因功能方面的深入研究。最近随着整合的宏组学技术的提出及应用,全面系统分析微生物群落动态变化及其代谢功能已成为可能,这将成为微生物生态学研究的新趋势。本文综述了宏组学在研究海洋湖泊、深海热泉、人体肠道、牛瘤胃生境、森林土壤与堆肥生境等环境中微生物群落的结构和功能方面的最新进展与成功应用案例。     

贵州典型煤矸石堆场微生物群落结构及功能特征

【背景】煤矸石堆场用于堆放煤矿开采过程中产生的一种热值低、含重金属的固体废弃物,会产生大量的酸性废水,对堆场周边的生态环境造成严重影响。【目的】探究煤矸石堆场的微生物群落结构和功能特征。【方法】选择贵州省六枝特区典型煤矸石堆场作为研究对象,采集堆场表层土壤、矸石层土壤、废水浸出口沉积物和堆场下游河道沉积物,通过宏基因组学技术进行分析。【结果】细菌的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria),优势菌属为钩端螺菌属(Leptospirillum)和硫化杆菌属(Sulfobacillus);古菌的优势菌门为Candidatus＿Thermoplasmatota和泉古菌门(Crenarchaeota),优势菌属为热原体属(Thermoplasma)和金属球菌属(Metallosphaera)。不同采样点细菌和古菌的优势菌属存在显著差异,矸石层土壤和废水浸出口沉积物中的铁氧化细菌和硫氧化细菌比其他2个样点丰富。煤矸石堆场中微生物的碳、氮、硫代谢基因丰度较高,共检测到6条固碳途径、6条氮代谢途径和3条硫代谢途径。主要的固碳基因为ACAT和E2.2....     

宏基因组学:土壤微生物研究的新策略

土壤中多数微生物不可培养,这限制了微生物资源的开发利用。宏基因组学方法在开发和利用不可培养微生物资源方面有巨大潜力,可以将其运用到土壤微生物学研究中。对土壤宏基因组DNA的提取、宏基因组文库的构建和筛选等方面的研究现状和进展进行了简要综述。     

宏基因组学技术在微生物功能酶开发中的应用

宏基因组学技术以特定环境样品中微生物复杂群落的基因组总和为研究对象,突破了传统微生物纯培养方法的局限,为不可培养微生物中丰富的基因资源的开发和利用提供了强有力的工具,已经取得了令人瞩目的研究进展。对宏基因组学技术及其在微生物功能酶新基因发现中的应用进行综述。     

活性污泥微生物群落宏组学研究进展

活性污泥是全球最常用的废水生物处理人工生态系统,微生物是驱动其污染净化能力的关键。活性污泥微生物群落所有物种与基因(简称"微生物组")的研究先后经历了"显微镜观察和纯菌培养分离"(1915)、"PCR扩增-测序"(1994)和"高通量测序-宏组学分析"(2006)三个重要阶段的发展变迁。相应地,我们对活性污泥微生物组的认知经历了从最早对微型动物(如钟虫和轮虫)及其他微生物的形貌观察和纯种培养鉴定到今天对整个微生物组的全局多样性认识的飞跃。近13年来,基于高通量测序的宏组学方法被广泛应用于揭示活性污泥微生物群落组成结构和功能,我们现在充分意识到活性污泥微生物组蕴藏着大量不可培养新物种和基因多样性,驱动着各类污染物的降解与转化。目前,特异性分子标记基因的扩增子测序技术已经被广泛应用于揭示城市和工业废水处理活性污泥微生物组和典型功能种群(如硝化细菌和聚磷菌)的时空多样性和群落构建机制,进而为未来实现活性污泥微生物组功能的精准调控奠定理论基础。宏基因组学研究在群落、种群和个体基因组水平全面解析了活性污泥微生物组驱动的碳、氮、磷元素循环过程,以及有机微污染物的生物降解和转化机理。将来活性污泥微生物组学研究需要在"标准化的组学分析方法和绝对定量""高通量培养组学""高通量功能基因组学"和"多组学方法的结合及多种方法并用"4个方面取得实现精准生态基因组学所需的技术突破,以最大限度发掘活性污泥微生物组在污水处理与资源回收领域的生态学与工程学价值。     

宏基因组学--研究微生物的新策略

2004年7月美国国立卫生研究院牙科与颌面研究中心（NIDCR）专门征集“利用宏基因组学研究口腔微生物”的研究申请书,征集通知中明确其目的是利用宏基因组学（Metagenomic）的技术,研究口腔中微生物群落,以阐明微生物在人类口腔健康和疾病中的作用.     

元蛋白质组学在微生物功能研究中的应用

后基因组时代,仅依靠基因组方法来研究原位微生物群落的功能已远远不够,在这种背景下元蛋白质组学研究逐渐兴起。应用元蛋白质组学技术可大规模研究原位微生物群落的蛋白质表达,分析生态系统中微生物的功能,寻找新的功能基因和代谢通路,为微生物群体的基因和功能多样性研究提供数据。同时,还可鉴定与微生物功能相关的蛋白质,这些蛋白质未来可以作为生物标记物为环境可持续发展铺路。综述了元蛋白质组学的发展概况及其在微生物功能研究中的重大作用,强调了元蛋白质组学方法在分析新功能基因及其相关基因,揭示微生物多样性与微生物群体功能之间的关系等方面起到的作用,并对其应用前景进行了展望。     

Biolog方法在环境微生物群落研究中的应用

环境微生物群落研究具有非常重要的理论和应用价值。本文介绍了一种测定微生物代谢的Ｂｉｏｌｏｇ微平板法 ,以及这种新方法在环境微生物群落研究方面的应用成果。1　环境微生物群落研究的意义与手段1 .1　环境微生物群落的研究内容环境微生物是由多个种群 (ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ)组成的微生物群落 (ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ) ,不同种群之间存在着共生、互利、共存、竞争等各种复杂的关系 ,在物质循环和能量转化过程中发挥着重要作用。对环境微生物群落的研究可以从微生物的量 ,代谢活性 ,群落结构及代谢功能等几个不同层面上进行。其中 ,微生物…     

Multivariate analysis of microbial communities in the River Elbe (Germany) on different phylogenetic and spatial levels of resolution

The microbial communities of three different habitat types and from two sediment depths in the River Elbe were investigated by fluorescence in situ hybridization at various levels of complexity. Differences in the microbial community composition of free-flowing river water, water within the hyporheic interstitial and sediment-associated bacteria were quantitatively analyzed using domain- and group-specific oligonucleotide probes. Qualitative data on the presence/absence of specific bacterial taxa were gathered using genus- and species-specific probes. The complete data set was statistically processed by univariate statistical approaches, and two-dimensional ordinations of nonmetric multidimensional scaling. The analysis showed: (1) that the resolution of microbial community structures at microenvironments, habitats and locations can be regulated by targeted application of oligonucleotides on phylogenetic levels ranging from domains to species, and (2) that an extensive qualitative presence/absence analysis of multiparallel hybridization assays enables a fine-scale apportionment of spatial differences in microbial community structures that is robust against apparent limitations of fluorescence in situ hybridization such as false positive hybridization signals or inaccessibility of in situ oligonucleotide probes. A general model for the correlation of the phylogenetic depth of focus and the relative spatial resolution of microbial communities by fluorescence in situ hybridization is presented.     

rRNA-targeted寡核苷酸探针识别活性污泥微生物群落结构与功能研究进展

活性污泥中微生物群落内部关系非常复杂 ,及时对活性污泥中优势菌群和群落内部关系进行监测是污水处理中采取正确措施的关键。历史研究表明传统培养方法经常导致活性污泥优势菌群检测的失败 ,而r RNA- targeted寡核苷酸探针作为一种快速原位监测活性污泥微生物群落结构和功能的新工具被引入 ,使我们对参与污水净化的微生物群落结构和优势菌群能有较全面的了解。就该方法在识别除磷污泥、脱氮污泥、污泥泡沫和膨胀污泥中微生物群落结构和功能的典型应用进行综述 ,分析了该方法存在的优点和缺点 ,并对目前已建立且应用于活性污泥微生物检测的 r RNA- targeted寡核苷酸探针进行了详细总结     

空气微生物群落解析方法:从培养到非培养

随着世界范围内流行性疾病以及我国空气雾霾事件的不断发生,空气生物性污染的研究开始受到高度重视,其研究方法也随着分子生物学技术的快速发展而不断更新,由早期以生化技术为基础的研究方法转变为以现代分子生物学技术为基础的研究方法。综述了空气微生物群落多样性解析方法从培养到非培养的发展过程,包括培养技术法、BIOLOG技术、生物标记法、基因指纹图谱技术、核酸杂交技术、实时荧光定量PCR、空气微生物宏基因组学及基因芯片技术,阐述了这些技术的基本原理,比较了各种技术的优缺点并重点介绍了它们在空气微生物群落多样性研究中的应用概况,最后展望了空气微生物学研究的发展方向。     

荧光原位杂交技术及其在微生物生态学中的应用

综述了荧光原位杂交技术 (fluorescence in situ hybridization FISH)在微生物生态学领域的各种应用 ,同时就其发展过程、原理及种类做了介绍     

块菌发育过程中伴生微生物多样性及其生态功能

块菌属Tuber是子囊菌门中一类珍贵的地下生外生菌根真菌,能与松科、壳斗科等多种树木形成菌根共生关系,在森林生态系统中扮演着重要的角色。同时,该属的一些种类因其独特的香味而备受国际食用菌市场推崇,具有极高的经济价值。在块菌属漫长的生活史中,菌丝的生长、菌根的形成、子囊果的产生和发育、特殊芳香化合物及活性物质的产生和积累均与其伴生微生物有着密切的关系。近年来,分子生物学技术的发展尤其是高通量测序技术的应用推动了对块菌属子囊果形成和发育机制的研究,为块菌生态学研究提供了有力的工具,使块菌伴生微生物相关研究取得重要突破。本文综述了近5年来国内外对块菌属生长发育过程中伴生细菌、真菌多样性及其生态功能的相关研究,并探讨了其中尚未清楚的问题及今后可能的研究方向,为块菌属生物学的研究及人工栽培奠定基础。     

Hydrolysis and microbial community analyses in two-stage anaerobic digestion of energy crops

AIMS: The roles of the diverse populations of micro-organisms responsible for biodegradation of organic matter to form methane and carbon dioxide are rudimentarily understood. To expand the knowledge on links between microbial communities and the rate limiting, hydrolytic stage of two-stage biogas production from energy crops, this study was performed. METHODS AND RESULTS: The process performance and microbial communities (as determined by fluorescence in situ hybridization) in two separate two-stage batch digestions of sugar beets and grass/clover were studied. The microbial populations developed in the hydrolytic stage of anaerobic digestion of beets and grass/clover showed very few similarities, despite that the hydrolysis dynamics were similar. In both substrates, the solubilization of organic material was rapid for the first 10 days and accompanied by a build-up of volatile fatty acids (VFAs) and lactate. Between days 10 and 15, VFA and lactate concentrations decreased, as did the solubilization rates. For both substrates, Archaea started to appear in the hydrolytic stage between days 10 and 15, and the fraction of Bacteria decreased. The major bacterial group detected in the leachate fraction for beets was Alphaproteobacteria, whereas for grass/clover it was Firmicutes. The number of cells that bound to probes specifically targeting bacteria with cellulolytic activity was higher in the digestion of grass than in the digestion of beet. CONCLUSIONS: This study allowed the identification of the general bacterial groups involved, and the identification of a clear shift in the microbial population when hydrolysis rate became limiting for each of the substrates investigated. SIGNIFICANCE AND IMPACT OF THE STUDY: The findings from this study could be considered as a first step towards the development of strategies to stimulate hydrolysis further and ultimately increasing the methane production rates and yields from reactor-based digestion of these substrates.