合成微生物群落用于木质纤维素生物质转化的研究进展

木质纤维素在自然界中的储量可观,是生物燃料生产的重要来源。联合生物加工(consolidated bioprocessing)指在不添加酶的情况下,将木质纤维素“一步”转化为生物燃料的过程,在能源危机日益严重的今天具有重要的应用价值。合成微生物群落(synthetic microbial consortia)是由两种或多种纯培养微生物(野生菌株或工程菌株)共同培养而形成的菌群,具有复杂性低、稳定性高等优点,通过协调微生物之间的相互作用以及整个生态系统的稳定,从而实现特定的功能。近年来,合成生物学的快速发展有利于开发新的方法和工具用于合成微生物群落的构建及优化,促进其在联合生物加工方面的应用。本文聚焦于木质纤维素的联合生物加工,综述了合成微生物群落在该领域的研究进展。简单介绍了系统生物学为合成微生物群落的设计提供指导,详细介绍了合成微生物群落的设计原则、优化工具和在实际生产中的应用与挑战,为木质纤维素的联合生物加工提供借鉴意义。     

基于微生物互作的共培养分离技术研究进展

自然条件下，微生物以一种复杂的群落形式生活，细胞周围充斥着由相邻细胞产生的各类代谢物，使各细胞间存在多样的互作形式，影响彼此的生长。不同种类的菌株共培养时，营养缺陷型菌株可以利用其他菌株产生的代谢产物进行生长；共培养还可以改变微环境、刺激菌株沉默基因的表达及改变菌株的生存状态。近年来，基于模拟菌株间的互作关系而发展起来的共培养技术逐步应用于未培养微生物的分离工作中，并被认为能有效提高未培养微生物的分离效率。结合已发表的相关文献资料，综合分析潜在共培养的类群多样性以及共培养分离技术的先进性与应用现状等，以期为微生物分离技术的发展及微生物资源的发掘提供参考。     

马里亚纳海沟共培养细菌多样性动态变化及潜在微生物互作关系

马里亚纳海沟是世界已知最深的海沟,其寡营养、高压、低温、低氧等极端的深海环境孕育出独特的细菌群落结构及多样性特征。选取寡营养培养基对马里亚纳海沟海水及表层沉积物分别进行液体共培养,并在不同培养阶段取样进行高通量测序,分析细菌群落结构组成及其多样性的动态变化,探讨微生物之间可能的互作关系。研究结果表明：液体共培养样品中一共检测到19个门、34个纲、76个目、131个科、227个属的细菌,其中变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为优势菌群,其次为厚壁菌门（Firmicutes）;与其他样品相比,1000米海水样品中细菌群落的多样性最高,并且蓝细菌门（Cyanobacteria）具有更高的相对丰度。共培养样品中细菌丰富度、多样性、群落结构均随培养时间而改变,其中共培养中期样品的细菌多样性较高;表层沉积物样本中,盐单胞菌属（Halomonas）可能由于较强的竞争能力在共培养后期占据优势地位。基因功能预测与代谢通路富集结果显示,随着共培养时间的增加,微生物生长相关的代谢通路丰度明显下降,而与互作相关的代谢通路丰度明显增加。共培养样品检测到的细菌多样性远高于单独分离培养的多样性,仅有少量菌属为单独分离培养与共培养样品均检测到的共有属。综上所述,马里亚纳海沟细菌群落中存在竞争、互利共生的相互作用,共培养法有利于揭示细菌间的互作关系。研究为深渊及深海等极端环境下微生物生态系统组成及维持奠定了理论基础,也为进一步研究极端微生物的生存策略提供了科学指导。     

微生物共培养技术的研究进展

摘要:本文对微生物共培养的发展历史及其在食品、农业、工业及污水净化等方面的应用进行了综述,并对已知的共培养微生物之间的生态学关系进行了总结。人们利用微生物联合共培养、序列共培养和共固定化细胞混菌培养等技术来获得新的代谢产物,提高产量,改造传统发酵工业,生产能源物质,提高底物利用率,扩大底物范围,降解有毒物质。共培养微生物之间可能具有协同代谢作用、诱导作用、种间群体感应、基因转移等多种生态学关系。对共培养微生物之间的微生态机理进行深入系统的研究,有助于充分发挥共培养技术的应用潜力。     

合成微生物体系研究进展

合成微生物体系作为自下而上构建的人工合成微生物群落,相比于自然微生物群落具有复杂度低及可控性、可操作性强等特点。其作为新兴的生物技术,综合借鉴了合成生物学、系统生物学、生物进化等知识,通过合理的设计、规划与调控,成为研究微生物生态学理论的实验平台,以及验证已知理论的微生物系统。本文首先简单介绍了合成微生物体系的概念及其由来,阐述了其基本构建原则,随后介绍了其生态学理论基础,并总结概括了近年来的实际应用,最后提出合成微生物体系的发展前景,包括需要设计构建更为复杂的人工合成微生物群落,以及优化生态模型。     

光合微生物混菌体系的应用和研究进展

光合微生物与其他异养微生物混菌共培养是近年来的研究热点,该体系弥补了光合微生物纯培养时易染菌、不稳定等缺陷,在污水处理、土壤改善、生物降解有害物质、生产高附加值产物方面拥有广阔的应用前景。文中通过系统总结天然和人工光合微生物混菌体系的研究进展,探究人工构建的光驱动混菌体系的基础理论和应用前景,为进一步利用合成生物学等前沿技术理性改造基于光合微生物的混菌培养系统提供科学依据。     

传统发酵食品中微生物间相互作用及应用

在传统发酵食品的过程中,丰富的物质和开放的发酵方式促成了体系中微生物的多样性,微生物的繁殖代谢推动了食品发酵的进行。同时,微生物间的相互作用在发酵过程中起到十分重要的作用。研究微生物间的相互作用有助于我们了解食品发酵的内在机理,控制发酵的进程。本文主要介绍了传统发酵食品中微生物群落结构的复杂性和可演变性等特征,综述了基于细胞生长代谢特征研究和组学技术的微生物间相互作用生理机制,初步探讨了微生物共培养在传统发酵食品生产中提升产品品质、缩短发酵周期、提高产品安全性能的积极作用。目前对微生物共培养下的微生物间相互作用方式及机理的研究仍较少,而未来微生物共培养在强化发酵上具有广泛的应用前景。     

合成功能菌群的构建及其工程化应用

自然界中存在着大量的天然微生物群落,不同种群的微生物通过通信及分工拓展了单菌的性能边界,降低了整体的代谢负担并增加了对环境的适应性。合成生物学依据工程设计原理构建或改造基本功能元件、基因线路和底盘细胞,从而对生命的运行过程进行具有目的性的重新编程,获得丰富及可控的生物学功能。将这种工程设计的原理引入菌群,获得结构明确及功能可调的合成群落,可以为合成功能菌群的理论研究到应用提供思路及方法。本文回顾了近年来合成功能菌群领域的相关工作,对合成功能菌群的设计原则、构建方法以及应用进行详细介绍,并对未来的发展进行了展望。     

微生物共培养研究进展

微生物是天然先导药物的重要来源之一。鉴于微生物间的自然相互作用、模拟微生物种群间营养和空间竞争是诱导产生活性次生代谢产物的主要途径,微生物共培养已经成为提高生产效价和发现新化合物的重要方法,是工业、农业、医药、食品及环保等领域的热点问题。本文综述了国内外关于微生物共培养的研究报道,包括微生物之间生态学关系、共培养微生物产生的活性次生代谢产物、微生物共培养的应用等。共培养能丰富微生物化学多样性,是应用微生物学和天然产物化学研究的新方向。     

环境微生物群落结构与功能多样性研究方法

微生物群落的结构及群落内种间相互作用是影响其生态功能的决定性因素。尽管微生物群落是地球生物化学循环的主要驱动者,但是由于传统的微生物培养方法只能分离约1%10%的环境微生物,对复杂的环境微生物群落结构和功能多样性了解甚少。元基因组学、单细胞分析和群落遗传学等方法的出现,及其与微生物学的交叉融合,使得人们能够从微生物群落组成、物种功能、种间相互作用和预测模型等方面分析微生物群落。重点综述了元基因组学、单细胞分析和群落遗传学等方法及其在环境微生物群落结构和功能多样性中的应用进展。     

磷脂脂肪酸谱图分析方法及其在微生物生态学领域的应用

应用磷脂脂肪酸谱图分析技术对微生物群落进行定量分布,克服了传统的微生物培养方法和显微技术的局限性。介绍了磷脂脂肪酸谱图分析方法及其在微生物生态学领域中的应用,包括对微生物群落的生物量、群落结构、营养状况和新陈代谢活动等方面的研究。     

油藏微生物群落研究的方法学

油藏微生物群落的解析和认知是开发和应用微生物采油技术的基础。利用各种提高油藏微生物可培养性的方法和非培养技术解析不同油藏微生物的群落结构、功能和多样性,对定向调控油藏微生物群落、开发和应用有效微生物驱油技术具有重要的指导意义。通过调查新近发展的提高微生物可培养性的方法和措施以及不依赖于培养的分子微生物生态学技术,总结了油藏微生物群落研究方法学的最新进展。提高微生物可培养性的方法和措施主要通过模拟微生物的生存环境,减少富营养的毒害作用、添加信号分子维持微生物细胞间的作用和提供新型电子供体和受体等手段采用稀释法、高通量培养法等方法得以实现;不依赖于培养的分子微生物生态学技术主要包括荧光原位杂交、末端限制性片断长度多态性分析、变性梯度凝胶电泳和构建克隆文库等技术。这些方法学的进展为更有效的获得各种油藏微生物资源、调控油藏微生物群落以提高石油采收率提供理论指导。     

现代生物技术在根际微生物群落研究中的应用

根际微生物的定义为植物的根表及受根系直接影响的土壤区域中的微生物群落.根际微生物与植物根系相互作用,是植物生态系统物质交换的主要媒介.根际微生物群落的研究对于微生物生态学与植物生态学均具有重要意义.近年来现代生物学技术发展迅速,对根际自然群落中不可培养微生物的研究取得了突破.综述了目前已取得的研究进展,对现代生物技术在根际微生物群落研究中的应用做了讨论.     

T_RFLP技术及其在硝化细菌群落分析中的应用

T_RFLP是建立在PCR基础上的, 一种不依赖于传统培养方法的微生物生态学的研究方法。具有快速、灵敏的特点。自1997年首次被报道以来, T_RFLP技术已广泛应用于菌种鉴定、群落对比分析、群落中系统发育种群多样性的评估等领域, 并成为环境微生物群落结构分析的强有力工具之一。目前T_RFLP在国内的应用较少, 硝化细菌的群落分析上还未见报道。但作为一种研究微生物群落结构特征的理想方法, 将会得到广泛地应用。本文主要介绍了T_RFLP的基本原理, 概括了在微生物群落分析上的应用, 阐述了硝化细菌传统研究的局限性及T_RFLP在硝化细菌群落结构分析上的应用前景。     

环境微生物群落结构与功能多样性研究方法

微生物是一种独特的物种,其群落的结构及群落分布之间的影响对生态和环境有着十分重要的影响。作为地球微循环的主要驱动力量,微生物使得地球的各种循环得以实现。目前对于微生物的研究,主要集中在试验状态中,由于培养方式十分有限,对微生物的群落结构及其关系的了解也甚少。文章从多个方面对微生物的培养方式进行了探讨,对微生物群落的结构及群落内种间相互作用进行了分析。     

共培养海绵微生物诱导抗菌活性物质的研究*

从大连潮间带繁茂膜海绵中分离得到10株放线菌,对各菌进行抗枯草芽孢杆菌活性检测。结果显示：当各菌单独培养时,10株菌中有3株菌显示抗菌活性;当菌Hp-053与其余9株菌分别共培养时,9个共培养体系中5个显示出高于单培养的抗菌活性。进一步对部分共培养发酵液乙酸乙酯提取物进行薄层层析显色分析、生物自显影分析,证明共培养能诱导海绵相关微生物产生不同于单培养的代谢产物和抗菌活性物质。共培养可能是一条重新开发利用一些由于无活性或低活性而被忽视的海洋微生物菌种的新途径。     

植物微生物组生态功能与群落构建过程研究进展

植物各个器官表面及内部定殖着高度多样化的微生物群落,这些微生物与植物长期共进化,作为宿主植物的“共生功能体”(holobiont)在植物生长发育、养分吸收、病害抵御和环境胁迫适应性等方面发挥了重要作用。得益于近10年来多组学技术的发展和应用,有关植物微生物群落的多样性、组成和功能特征、群落构建的驱动因素和植物–微生物互作机制等方面研究取得了一系列重要进展。然而,与土壤微生物组相比,目前对植物微生物组的认识及其应用尚且不足。本文系统总结了植物微生物组的组成特征,植物微生物在调节植物生长发育、促进养分吸收、提高病害抵御能力及环境胁迫适应性等方面的功能及作用机制,从宿主选择、环境因子以及生物互作3个方面总结了驱动植物微生物群落构建的因素,并着重阐述了植物–微生物互作如何塑造植物微生物群落以及如何调节对植物的有益功能。此外,我们对未来植物微生物组研究和应用面临的挑战进行了展望,如核心微生物组挖掘和合成群落构建,植物–微生物互作的分子调控机制,植物微生物群落水平上的互作机制等。深入理解植物微生物群落特征、生态功能以及构建过程对于精准调控植物微生物组以提高植物适应性和生产力以及维持生态系统健康具有...     

油藏微生物及其在石油工业中的应用

油藏是一种特殊环境,其高温、高压、高矿化度、无氧、多孔介质及其流体等因素对微生物的存活及生长繁殖都会产生明显影响。油藏极端环境对微生物群落结构组成和数量也会有大的影响。该文介绍了与微生物采油关系紧密的微生物群落的生理生化特征及其多样性。主要有烃降解菌、发酵菌、硫酸盐还原菌及产甲烷菌。还介绍了激活本源微生物和筛选外源微生物在提高石油采收率方面的应用。最后就分子生物技术在研究油藏中可培养微生物和未培养微生物中的应用进行了讨论。     

T_RFLP技术及其在硝化细菌群落分析中的应用

T_RFLP是建立在PCR基础上的,一种不依赖于传统培养方法的微生物生态学的研究方法.具有快速、灵敏的特点.自1997年首次被报道以来,T_RFLP技术已广泛应用于菌种鉴定、群落对比分析、群落中系统发育种群多样性的评估等领域,并成为环境微生物群落结构分析的强有力工具之一.目前T_RFLP在国内的应用较少,硝化细菌的群落分析上还未见报道.但作为一种研究微生物群落结构特征的理想方法,将会得到广泛地应用.本文主要介绍了T_RFLP的基本原理,概括了在微生物群落分析上的应用,阐述了硝化细菌传统研究的局限性及T_RFLP在硝化细菌群落结构分析上的应用前景.     

PCR-DGGE和FAMEs技术在土壤微生物多态性研究中的应用

将PCR-DGGE和FAMEs等生物技术新方法用于土壤微生物分析可有效的克服传统培养方法的局限性,为土壤微生物多样性、群落结构及动态变化的研究提供了更全面、可靠的方法,受到了国内外研究者的重视.本文综述了PCR-DGGE和FAMEs技术的原理及其在土壤微生物多样性、群落结构及动态变化方面的应用效果,指出了实际应用存在的问题.