开发未可培养微生物技术的研究进展

细菌的“活的非可培养状态”(VBNC, viable but nonculturable)发现于20世纪80年代, 处于此状态的细菌不但丧失了在培养基上生长繁殖的能力, 而且具有与原菌相似的致病性, 成为可以逃避检测的“隐性”传染源, 对周围的环境及人类安全构成潜在威胁。作为公认的未可培养微生物, 它一直是预防医学、流行病学、微生物生态学以及公共卫生检验检疫方面研究的热点问题之一。现代分子生物学技术和基因组学的深入研究, 为开发环境中的未可培养微生物提供了新的研究方法和机遇。其中遗传指纹图谱技术、宏基因组技术显示出一定的优势, 同时, 随着各种细菌的非可培养状态的实验室模型已日臻成熟, 这为开发和利用未可培养微生物资源提供了新的研究思路。     

开发未可培养微生物技术的研究进展

细菌的"活的非可培养状态"(VBNC, viable but nonculturable)发现于20世纪80年代,处于此状态的细菌不但丧失了在培养基上生长繁殖的能力,而且具有与原菌相似的致病性,成为可以逃避检测的"隐性"传染源,对周围的环境及人类安全构成潜在威胁.作为公认的未可培养微生物,它一直是预防医学、流行病学、微生物生态学以及公共卫生检验检疫方面研究的热点问题之一.现代分子生物学技术和基因组学的深入研究,为开发环境中的未可培养微生物提供了新的研究方法和机遇.其中遗传指纹图谱技术、宏基因组技术显示出一定的优势,同时,随着各种细菌的非可培养状态的实验室模型已日臻成熟,这为开发和利用未可培养微生物资源提供了新的研究思路.     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌基因组学研究进展

嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidan,A.ferrooxidans)广泛存在于酸性矿物废水中,与生物冶金和环境净化紧密相关。不同来源嗜酸氧化亚铁硫杆菌全基因组的测序,为我们利用比较基因组学和功能基因组学的方法去洞察嗜酸氧化亚铁硫杆菌功能基因,提供了坚实的研究基础和丰富的科研信息。简述了嗜酸氧化亚铁硫杆菌基因组学的基本特征;从比较基因组学和功能基因组学发现了嗜酸氧化亚铁硫杆菌菌株基因组水平的差异;通过生物信息学概述了该菌的铁和硫代谢机制,并从细菌的功能基因组学对其在生物冶金与环境治理等应用进行了展望。     

动物胃肠道微生物元基因组学研究进展

动物胃肠道中寄居着庞大复杂的微生物,它们对宿主营养、健康和生产有着重要的作用.随着分子生物学的发展,未培养微生物的研究越来越被重视,宏基因组学方法研究胃肠道微生物不仅能了解未培养微生物多样性,还能获得微生物的遗传、代谢和生理等方面的信息.探讨了元基因组文库的构建和分析方法,并重点介绍了元基因组学在动物胃肠道尤其是反刍动物瘤胃微生物研究中的应用.     

合成噬菌体的贡献与风险

噬菌体（bacteriophage,phage）是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的细菌病毒的总称。噬菌体在生态、微生物进化、细菌性疾病预防和治疗、细菌鉴定与疾病诊断等方面扮演重要角色。基因组测序技术和高效合成平台促进了合成基因组学的发展。利用合成基因组学技术,对噬菌体基因组进行设计或者合成出新的噬菌体来服务人类在不久的未来可能成为现实。但与此同时,合成噬菌体带来的风险也必须认真考虑。     

一株新的产吡咯喹啉醌甲基营养菌全基因组测序和比较基因组学分析

【背景】由于甲基营养菌被发现的时间较短,而且可以生产吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone,PQQ)的甲基杆菌属细菌只有少数菌株的全基因组序列被公布,增加了该类细菌基因组学和生物代谢途径研究的难度。【目的】将本实验室筛选的PQQ生产菌经多种诱变方式处理,用于提高PQQ的发酵产量。对高产突变菌株进行全基因组解析,以探究甲基杆菌PQQ合成的分子机制,为后续分子育种提供序列背景信息。【方法】将野生型PQQ生产菌株进行紫外诱变、亚硝基胍诱变、甲基磺酸乙酯诱变、硫酸二乙酯诱变和紫外-氯化锂复合诱变。将突变菌株利用PromethION三代测序平台和MGISEQ-2000二代测序平台测序,然后进行组装和功能注释。组装得到的全基因组序列与模式菌株扭脱甲基杆菌AM1 (Methylobacterium extorquens AM1)进行比较基因组学分析。【结果】经11轮诱变获得一株突变菌株NI91,其PQQ产量为19.49mg/L,相较原始菌株提高44.91%。突变菌株NI91的基因组由一个5 409 262 bp的染色体组成,共编码4 957个蛋白,与模式菌株M. extorqu...     

宏基因组学及其在口腔微生物研究中的应用

宏基因组是指环境中所有微生物的遗传物质总和。宏基因组学技术可以最大限度地利用环境中的微生物资源,受到了国内外微生物研究者的重点关注。口腔中寄居着大量的微生物群落,以往对口腔疾病微生物的研究大多局限于单纯的细菌培养技术,然而,由于培养技术的局限性,部分微生物很难或根本不能培养,宏基因组学技术打破了这一局限性,帮助人类发掘更丰富的口腔微生物资源。最近,以宏基因组学测序为基础的研究描绘出了口腔生态系统的图谱,越来越多的实验证明口腔微生物组在各种口腔疾病甚至全身系统性疾病中的重要作用。同时,这也为基于人类微生物组的诊断和治疗开辟了新的途径。本综述旨在说明宏基因组学是研究人类口腔疾病及全身疾病相关微生物的得力工具,而且具有广阔的发展前景,同时也讨论了宏基因组学在应用中有待克服的局限性。     

宏基因组学:基本策略及在医学研究领域中的可能应用

宏基因组学（metagenomics）的提出是分子生物学领域的一个重要进展。在自然生境中有大量不可培养微生物的存在,无法通过培养法进行研究,而宏基因组学的策略则突破了这一束缚。宏基因组学是从生境中取得全部微生物的基因组,并进行系统研究的方法。该文介绍宏基因组学的基本情况,并着重探讨其在医学研究领域中的可能应用。     

鼠疫耶尔森氏菌的进化研究:从系统发育学到系统发育基因组学

20世纪90年代末起,基因组学在细菌研究中应用越来越广泛,尤其在进化领域,取得了一系列革命性的发现.本文以鼠疫耶尔森氏菌进化研究为例,介绍了从利用基因组中少数特定片段(等位基因)多态性进行分析的传统系统发育学,到基于大量菌株全基因组序列进行系统发育基因组学的研究发展历程,回顾讨论了基因组学技术的进步为鼠疫菌进化研究领域带来的成果.     

干酪乳杆菌12A碳源代谢的比较基因组学分析

【目的】在基因组学水平上,对干酪乳杆菌的碳源代谢特性及调控机制进行研究。【方法】基于BioCyc和MetaCyc数据库,利用Pathway Tools对菌株12A及7株已公布全基因序列的干酪乳杆菌进行全基因组水平的碳源代谢比较分析。【结果】全基因组比较分析结果显示,干酪乳杆菌12A可以将9种糖转运到细胞内代谢利用;可以将多种寡糖和多糖在细胞外水解成半乳糖和葡萄糖;干酪乳杆菌12A可经异型乳酸发酵或混合酸发酵途径生成乙醇及其副产物。【结论】干酪乳杆菌12A可以代谢多种类型碳源,底物选择范围宽泛,而且可以作为工业乙醇发酵的特定菌株;利用比较基因组学方法建立基因结构与细菌代谢能力的联系是可靠的。     

临床宏基因组学应用现状及存在问题分析

众所周知,宏基因组学是一种通过提取样品中微生物的总DNA,构建宏基因组文库,研究环境中全部微生物的遗传组成及其菌落功能的方法。而宏基因组新一代测序(metagenome next generation sequencing,mNGS)是在宏基因组学基础上进一步发展起来的新一代测序技术,无需对患者标本进行培养,直接分析标本中的微生物DNA或RNA。本文介绍了宏基因组学在临床上的应用,包括传染病的诊断、疾病和健康状态下的微生物组分析、人类宿主反应分析和肿瘤相关病毒及其基因组鉴定,并简要探讨了临床宏基因组学研究中所遇到的挑战及解决方法。     

宏基因组学应用于耐盐酶类及耐盐基因研究的进展

耐盐酶在高盐浓度下仍具备催化活性和稳定性,在高盐食品和海产品加工、洗涤及其它高盐环境生物技术领域被广泛应用;耐盐基因在高盐条件下可以使微生物维持正常功能,获取并研究不同环境中的耐盐基因对揭示微生物的耐盐机制,以及实现其在高盐环境中的定向应用具有的重要意义。宏基因组学避开纯培养技术探知微生物的多样性及其功能,为我们提供了一种发现新基因、开发新的微生物活性物质和研究微生物群落结构及其功能的新技术。文中结合本课题组的研究工作,综述了利用宏基因组学获取耐盐酶类及耐盐基因的策略,同时着重介绍利用宏基因组学从海洋、土壤、胃肠道等环境中获取耐盐酶类及耐盐基因的研究。     

环境与工业微生物基因组学研究进展

环境微生物是维持生态圈中能量和物质循环的重要因素之一,在各种污染物和有害物质的降解等方面发挥着重要作用,在进行能源生产和可再生利用等研究领域具有潜在应用价值．在超过150种被破译的非致病微生物基因组中,绝大多数是环境和工业细菌．随着新一代测序技术的投入使用和元基因组学方法的出现,国际上的微生物基因组方面的工作进入了高通量和高产出的阶段．我国已经完成全基因组测序的7株环境细菌中涵盖了嗜高温、嗜酸、耐高压、耐低压等各种极端环境微生物,研究人员从中发现了众多与环境和工业应用密切相关的代谢途径、遗传功能和生物酶,目前,国内多家单位相继启动了元基因组计划,必将使我国在环境和工业微生物基因组研究领域取得一大批原创成果．     

基于功能宏基因组学挖掘抗生素耐药基因研究进展北大核心CSCD

随着各类抗生素被广泛用于治疗细菌感染以及抗生素在临床上的大量使用,驱动了各类抗生素耐药基因的不断进化,导致了耐药问题日趋严重。耐药基因与耐药细菌的广泛传播与普遍流行严重威胁公共卫生体系并引起了巨大的经济损失。值得注意的是,抗生素的广泛施用不仅造成了动物体内耐药细菌的产生,还提高了对环境中微生物的选择压力,间接推动了耐药基因的发展与进化,使环境微生物成为耐药基因新的储库。因此对耐药细菌的广泛监测与新型耐药基因的提前发掘具有重要的临床意义与研究价值。但是传统的耐药性调查手段过度依赖对耐药细菌的培养,难以全面的展现固定生态位中微生物耐药性的全貌。而功能宏基因组学技术利用其表型筛选和高通量测序相结合的优势,不依赖于对携带目标基因的特定细菌的培养,因此在发掘新型功能基因方面有着巨大的优势。本文综述了功能宏基因组在抗生素耐药方面的研究进展,讨论了功能宏基因组学方法在检测新型基因研究中的意义及存在的问题,为后续深入开展对抗生素耐药机制的探究提供了坚实的理论基础。     

粘细菌基因组学研究进展

粘细菌(Myxobacteria)隶属于δ变形菌纲(Deltaproteobacteria)的粘球菌目(Myxococcales),是一类革兰氏阴性杆状细菌。它是继放线菌和真菌之后又一重要的活性次级代谢产物产生菌,尽管如此,由于分离纯化困难,粘细菌的研究进展一直较为缓慢。随着测序技术的进步和生物信息学的应用,大量粘细菌基因组被完成测序和报道。本文对粘细菌研究意义及该类资源开发价值、分离培养存在的困难进行了阐述,对粘细菌基因组注释及目前已测菌株的全基因组进行了归纳总结,同时介绍了基因组学在粘细菌生态、捕食机制、子实体形成以及次级代谢产物合成方面的研究进展。本文有助于了解基因组学在粘细菌研究中的重要价值,为联合应用多组学技术深入研究粘细菌代谢机制和社会性行为提供了参考,对粘细菌基础研究、资源发掘和开发利用具有重要意义。     

基因组学方法在植物抗逆性研究中的应用

由于植物抗逆性遗传极其复杂,因而植物抗逆性能（包括抗非生物胁迫如盐碱,干旱,低温等的能力和抗生物协迫如真菌,细菌,病毒和线虫的能力等）的提高受到了极大限制,近年来,基因组学的兴起对我们全面理解植物抗逆性起着革命性作用,结果基因组学将会使我们挖大量全新的抗逆基因,并能揭示各抗逆性基因的详细结构以及抗逆性遗传进化机理,功能基因组学将会阐明植物抗逆中的复杂的调控,网络,揭示涉及抗逆蛋白的多样性,通过比较基因学的研究,可以把从模式植物上获得的抗逆遗传信息推广到基因组较复杂的植物上去,大规模的全新基因的发现及其在抗逆反应中的表达模式的研究和它们在抗逆应中作用的理解将会利用遗传工程进行植物抗逆育种提供广阔的前景。     

基因组学方法在植物抗逆性研究中的应用

由于植物抗逆性遗传极其复杂,因而植物抗逆性能(包括抗非生物胁迫如盐碱、干旱、低温等的能力和抗生物协迫如真菌、细菌、病毒和线虫的能力等)的提高受到了极大限制。近年来,基因组学的兴起对我们全面理解植物抗逆性起着革命性作用。结构基因组学将会使我们挖掘大量全新的抗逆基因,并能揭示各抗逆性基因的详细结构以及抗逆性遗传进化机理。功能基因组学将会阐明植物抗逆中的复杂的调控网络,揭示涉及抗逆蛋白的多样性。通过比较基因学的研究,可以把从模式植物上获得的抗逆遗传信息推广到基因组较复杂的植物上去。大规模的全新基因的发现及其在抗逆反应中的表达模式的研究和它们在抗逆应中作用的理解将会为利用遗传工程进行植物抗逆育种提供广阔的前景。     

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。     

系统生物学在工业微生物研究中的应用

功能基因组学以揭示基因组的功能及调控机制为目标,是21世纪最热门的研究领域之一。近来功能基因组学领域的研究被用于工业微生物的研究中,该文对功能基因组学在工业微生物中的应用做了简单综述。     

小麦的比较基因组学和功能基因组学

小麦是异源多倍体植物,具有大的染色体组,并且基因组中重复序列所占比例较高,这些特征限制了小麦基因组研究的进展。比较基因组学方法为运用模式植物进行小麦基因组学研究提供了一个操作平台。功能基因组学的研究集中于基因组中转录表达的部分,基因功能的确定是功能基因组学研究的主要内容。对比较基因组学在小麦基因组研究中的应用和小麦功能基因组学的研究内容和方法进行了综述。