深海真菌多样性及其代谢产物生物活性的研究进展

深海环境复杂多样,深海微生物逐渐进化以适应其生存环境。真菌作为深海环境中的重要微生物类群,是开发海洋生物的新兴资源。综述了近年来深海真菌的物种多样性、活性代谢产物的多样性及其生物学功能等的研究进展,并对未来深海真菌的应用进行了展望。     

我国深海微生物资源研发现状、挑战与对策

深海具有多种复杂独特的生境,蕴藏着极为丰富的物种多样性,被公认为未来重要的基因资源来源地,具有巨大的应用开发潜力。目前,深海微生物资源已成为国家重要的战略资源储备,也是各国海洋战略的核心关注点。预计在未来20年内,深海微生物资源将在多个领域得到产业化应用。我国在历时近二十年的深海微生物资源采探中,已分离鉴定并规范保藏大洋来源的菌株9 376株,分属于1 443个种444个属,实现了一定的资源积累,并快速提升了知识产权拥有量。但是,随着深海微生物资源获取和开发活动的快速发展,联合国大会"养护和可持续利用国家管辖范围以外海域的生物多样性"谈判进程趋紧,我国深海微生物资源领域依然存在采样区域较为局限、绝大多数微生物难以培养、资源量有待扩容、产业化推进机制缺失、知识产权占有量不足等问题。因此,本文认为应从加强政策引导、强化资源库的基础建设、建立产学研一体化机制、增强国际合作几个方面入手,实现我国深海生物资源产业由"跟跑者"到"领跑者"的跨越。     

深海微生物的研究进展*

从生态学的角度介绍了深海微生物的营养来源、生物多样性及相关研究方法并展望深海微生物资源的开发前景。     

肠道微生物菌株资源库的构建与应用开发

肠道微生物组在组成和功能上都具有极高的复杂性,大量基于免培养的微生物组学研究表明肠道菌群失调与多种疾病都存在密切关联,肠道菌群的稳态与宿主健康密切相关已是共识。同时,越来越多的研究者认识到,可培养微生物菌株资源是肠道微生物组研究从关联分析向功能验证、机理解析和应用开发方向深入发展的基础和保障。本文主要对近年来完成的一些具有代表性的人肠道微生物大规模分离培养和菌株资源库构建工作,进行整理,总结回顾肠道微生物分离培养技术和方法的进展;并通过几个有代表性的基于可培养微生物菌株资源开展的肠道微生物数据挖掘、宿主–微生物互作机理研究和应用开发的成果,展示肠道微生物菌株资源库的应用价值和开发潜力。     

深海微生物的研究进展

从生态学的角度介绍了深海微生物的营养来源、生物多样性及相关研究方法并展望深海微生物资源的开发前景。     

深海微生物的研究与开发

深海是全球最大的独立生态系统,其中蕴涵着丰富并且独特的微生物资源有待我们开发。对深海微生物及其所处生态系统的研究将提升我们对地球早期环境及其变化过程的认识,为研究生命起源,甚至探索域外生命或其他潜在生命形式提供新的线索。对深海微生物研究开发的历史和进展进行了概述,并对这一研究领域的前沿及影响进行了讨论。     

深海极端微生物菌群及代谢产物多样性的研究进展

海洋覆盖了地球表面积的四分之三,它不仅是生命的起源,而且还孕育了各种极端微生物。它们存在于海洋极端环境中,如热液喷口、热泉、咸湖和深海层等,由于生境太过恶劣,一度被认为是生命的禁区。随着人类对深海极端环境微生物研究的不断深入,已经探索到那里具有丰富的菌群资源和具有潜在价值的天然生物活性产物。这些极端微生物能够适应极高温、极低温、高压、高盐、高放射性和极度酸碱性等极端环境,具有特殊的生物多样性、遗传背景和代谢途径,能够产生各种具有特殊功能的酶类及其他活性物质,展现出巨大的研究价值和应用潜力。研究海洋极端微生物对探索生物多样性、新资源开发利用及对地球生物学研究等都具有重要意义。     

一份南海深海沉积物样品中可培养细菌的多样性

海洋沉积环境蕴含丰富的微生物资源。对深海难培养微生物的分离培养,不仅有利于深海微生物资源的挖掘与利用,也有利于对深海微生物学的研究。本研究采用多种培养基分离获得细菌菌株纯培养,并通过16S r RNA基因序列鉴定,对我国南海海域1个4 000 m水深的深海表层沉积物样品的可培养细菌多样性进行初探。共设计23种分离培养基,经过选择性分离培养最终获得612株细菌菌株,分别隶属于厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的9目10科27个属级类群,可培养优势类群为厚壁菌门,占所有分离物种数量的85.8%,包含13个16S rRNA基因序列相似性低于98%的潜在新物种。海洋琼脂类培养基适合培养不同种类的海洋细菌类群,放线菌选择性分离类合成培养基对放线菌类群的分离效果较好。最终获得一些与具有产抗生素、细胞毒素、高效酶活、耐受不良环境、降解污染物等特殊功能微生物相近的菌株。研究结果表明,该深海沉积物样品的可培养微生物资源、潜在新物种和微生物生理特性丰富多样,研究深海环境难培养微生物的分离策略及其微生物适应生理特性对研究极端环境微生物打下了基础。     

微生物与能源的可持续开发

微生物技术在新能源开发领域中有广阔的应用潜力,对能源的可持续发展具有重要的理论和现实意义.简要叙述了生物柴油、燃料酒精、生物制沼气、生物制氢和微生物电池等新能源的原理、优缺点和开发现状,概述了微生物资源在能源领域的应用,指出发掘新的微生物资源或构建工程菌株、明确微生物作用机理、开发新工艺将会是今后研究的重点.     

土壤微生物资源管理、应用技术与学科展望

土壤中蕴藏着高度的微生物多样性,在陆地生态系统中发挥着非常重要的功能,加强对土壤微生物资源的综合管理与开发应用是提升生态系统稳定性与生产力及农产品质量的重要途径。首先,土壤微生物多样性具有全球性的重大意义,有待完善对土壤微生物的检测与监测技术研究,进而实现土壤微生物多样性与土壤功能的耦合以及对土壤质量的评定;其次,土壤微生物作为一种宝贵的生产资料和可持续资源,要加强其在土壤肥力强化与保育、土壤障碍消减与调节、土壤污染控制与修复等3个领域的应用研究。最后,未来土壤微生物学发展将会形成土壤微生物系统学、土壤微生物过程学与土壤微生物功能学3个子学科,要建立土壤微生物种质资源库与遗传信息库,推进土壤微生物生理代谢过程、生物化学过程及生态行为过程的研究,联结土壤微生物与土壤功能的关系,并从土壤中的功能微生物出发对环境变化作出积极响应和主动调控。此外,原创性方法的建立与应用是限制土壤微生物学发展的技术瓶颈,联合生物地理学与生物信息学破译重要基因的特定生态功能,并将其应用到生态模型以及生态系统未知领域的研究中去,是土壤微生物学面临的挑战。     

特殊生境微生物及其活性代谢产物研究进展

微生物是一种重要的生物资源,特别是近来年,从特殊生境微生物中寻找具有重要生物活性代谢产物成为一个热点研究领域。主要就特殊生境微生物代谢产物的特殊性、特殊生境适应机制及其活性代谢产物等方面的研究进展和前景进行了简要的阐述,为特殊生境微生物的研究与开发提供参考。     

肠道微生物培养的研究进展及应用

肠道中栖居着组成复杂、功能多样的微生物群,这些微生物群在宿主免疫、营养吸收、代谢调节等方面发挥着重要作用。随着测序技术的快速发展,肠道微生物研究通过16S rRNA基因测序和宏基因组测序产生了大量的数据,其中许多未组装的序列成为微生物“暗物质”。近年来,不少研究利用多种不同微生物分离培养方法,结合高通量鉴定技术,从人、小鼠、猪肠道中分离了大量的微生物,丰富了菌株资源,为解析微生物“暗物质”以及后续肠道微生物功能和应用研究提供了基础和保障。尽管微生物的可培养性受到多种因素的影响,大部分微生物尚处于“未培养”的状态,但无论是病因研究还是生理和遗传特征的解析都离不开微生物实体资源的获取。肠道微生物的分离培养对微生物研究从关联分析向菌群功能验证、因果机制解析和功能菌株开发的深入研究具有重要意义。本文旨在探讨和综述影响微生物可培养性的因素,总结回顾肠道微生物的培养方法并阐述肠道微生物培养研究的进展,以期为肠道微生物培养研究提供新的视角。     

低温微生物及其酶类的研究概况

广泛分布在地球寒冷生境 ,如南北两极、高山、深海以及冰川中的低温微生物 ,不但为研究低温生态系统、生命起源与进化以及生物适冷机制提供了丰富的材料 ,同时在生物工程方面也具有潜在的巨大开发价值。国内外越来越多的科研人员对低温微生物及其产物的研究表现出了浓厚的兴趣。关于细胞膜和低温酶的研究 ,是目前微生物适冷机制研究中的 2个热点。就低温微生物的研究现状和适冷机制以及低温酶类的研究进行了综述。     

极地微生物 —— 新天然药物的潜在来源

微生物是极地生态系统的重要组成部分.由于极地独特的地理、气候及环境特点,极地微生物所具有的新颖性与多样性,在科学研究、应用开发等方面都具有重要价值,并逐渐受到人们的广泛关注.有关极地微生物的资源勘探与代谢活性产物研究,已成为国际微生物学研究的热点之一.结合笔者的工作实践,对近年来极地微生物资源的勘探与收集情况进行了介绍,并着重对以医药与生物农药等为目标的极地微生物产活性化合物的研究现状进行了概述,同时还对目前一些影响研究工作开展的限制因素进行了讨论.可以预见,针对极地微生物资源的研究开发工作,将会给新型天然药物的筛选与发现带来新的机遇与突破.     

海洋来源聚酚类化合物研究进展

近年来,从海洋动植物及微生物中分离出的许多结构新颖又有显著生理活性的天然聚酚类化合物,已经引起有机化学家和药学家的关注。我国海域辽阔,可开发利用的生物资源丰富,且开发利用的潜力巨大。2003年以来,我国该领域的不少科研成果在国际相关刊物上都有报道。本文对国内外海洋来源聚酚类化合物研究现状进行了综述,并按海洋聚酚来源的不同进行了分类,同时提出了海洋聚酚研究发展的趋势。     

Identification of protein components from the mature ovary of the sea urchin Evechinus chloroticus (Echinodermata: Echinoidea)

The gonads of sea urchins are a high value seafood product, with considerable research being undertaken worldwide on the development of sea urchin aquaculture. As the best prices are obtained for specific gonad attributes, research has also focused on the development of artificial diets that enhance gonad quality and quantity. Total protein has been used as a measure of gonad quality; yet no studies to date have applied proteomics technology to diet development. Here we use a MudPIT and 2-DE approach to describe the major proteins in mature ovaries of a New Zealand sea urchin Evechinus chloroticus. This tissue, which is a target seafood product, contained 138 proteins that were identified from the recently completed sea urchin genome (Strongylocentrotus purpuratus) with high confidence. The majority of these proteins had general functions, with only 12 related to ovarian reproductive function. Eighteen proteins were located on the 2-DE; four of these were directly identified from S. purpuratus protein sequences. In combination this paper shows that the genome resources of S. purpuratus can be used to identify proteins in sea urchins from different families; describes the proteome of E. chloroticus mature ovary; and, provides proteomic tools for analysis of gonads from other edible sea urchins.     

工业微生物：创新与突破专刊序言(2021)

工业微生物及其产品广泛用于工业、农业、医药等诸多领域,相关产业在国民经济中具有举足轻重的地位。高效的菌株是提高生产效率的核心,而先进发酵技术和仪器平台对充分开发菌株代谢潜能也很重要。近年来,工业微生物领域的研究取得了快速进展,人工智能、高效基因组编辑技术和合成生物学技术逐渐广泛使用,相关产业应用也在不断扩展。为进一步促进工业微生物在生物制造等领域的应用,《生物工程学报》特组织出版专刊,从微生物菌株的多样性和生理代谢、菌株改造技术、发酵过程优化和放大,高通量微液滴培养装备开发以及工业微生物应用等方面,分别阐述目前的研究进展,并展望未来的发展趋势,为促进工业微生物及生物制造等产业的发展奠定基础。     

微生物果胶酶的分子生物学及其应用研究进展

10多年来,随着生物技术的发展,国外在果胶酶分子生物学研究上取得了很大进展,其应用范围也在不断扩大,除在一些传统领域中的应用外,果胶酶的许多新的用途也正在不断地被挖掘和发现。本文从果胶酶的产生菌、果胶酶的理化性质、已克隆的果胶酶基因、基因的表达与调控及果胶酶的用途等方面简述了微生物果胶酶的研究进展。