近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所奶產(chǎn)品質(zhì)量與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)受邀撰寫(xiě)綜述文章，闡述了宏基因組指導(dǎo)未培養(yǎng)微生物分離培養(yǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，系統(tǒng)總結(jié)了基于宏基因組分離培養(yǎng)未培養(yǎng)微生物的方法。相關(guān)綜述文章發(fā)表在《微生物（Microbiome）》（IF=14.652）。

 

　　近年來(lái)，隨著宏基因組測(cè)序技術(shù)快速發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到環(huán)境、人體和動(dòng)物等存在大量多樣的未培養(yǎng)微生物群落，并在地球生態(tài)系統(tǒng)中扮演著重要角色。盡管宏基因組數(shù)據(jù)加深了對(duì)未培養(yǎng)微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)識(shí)，但是由于缺乏未培養(yǎng)微生物菌株的分離，導(dǎo)致無(wú)法直接評(píng)估未培養(yǎng)微生物的代謝和生理功能，也不能驗(yàn)證微生物物種間的相互作用等。因此，分離培養(yǎng)未培養(yǎng)微生物，對(duì)帶動(dòng)微生物組研究進(jìn)入深水區(qū)，推動(dòng)生物及健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

 

　　未培養(yǎng)微生物的分離必須依靠新技術(shù)新思路，當(dāng)前宏基因組數(shù)據(jù)井噴式爆發(fā)，尤其是宏基因組組裝的基因組（MAG）提供了未培養(yǎng)微生物基因組信息，為指導(dǎo)靶標(biāo)未培養(yǎng)微生物的分離和培養(yǎng)帶來(lái)了新的機(jī)遇。作者通過(guò)分析提煉大量文獻(xiàn)資料，并結(jié)合自身在未培養(yǎng)微生物方面的研究，歸納提出基于宏基因組數(shù)據(jù)分離和培養(yǎng)未培養(yǎng)微生物的方法，主要包括特定培養(yǎng)條件的設(shè)計(jì)、特異性抗體捕獲分離、靶向功能基因分離等技術(shù)。

 

　　特定培養(yǎng)條件的設(shè)計(jì)。宏基因組數(shù)據(jù)提供了微生物代謝、底物利用、氧需求、抗生素耐藥性等信息，根據(jù)這些信息可針對(duì)靶標(biāo)微生物設(shè)計(jì)培養(yǎng)基或生長(zhǎng)條件，結(jié)合平板稀釋培養(yǎng)、穩(wěn)定性同位素標(biāo)記輔助拉曼活性微生物細(xì)胞分選等實(shí)現(xiàn)靶標(biāo)微生物分離培養(yǎng)。特異性抗體捕獲分離。預(yù)測(cè)靶標(biāo)微生物基因編碼的膜蛋白或抗原表位，合成抗原蛋白后制備特異性抗體并進(jìn)行熒光標(biāo)記，被標(biāo)記的抗體與靶標(biāo)微生物結(jié)合，利用熒光細(xì)胞分選技術(shù)分離被標(biāo)記的靶標(biāo)微生物。靶向功能基因篩選分離。基于靶標(biāo)基因序列設(shè)計(jì)特定引物或探針，通過(guò)PCR或熒光原位雜交進(jìn)行標(biāo)記或篩選，利用細(xì)胞分選獲得靶標(biāo)細(xì)胞，同時(shí)也可以通過(guò)基因組編輯改造靶標(biāo)微生物的功能基因或抗性基因，結(jié)合相應(yīng)的抗生素或底物培養(yǎng)基，實(shí)現(xiàn)靶標(biāo)微生物的分離。

 

　　該研究得到中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究體系等資助。文章第一作者為牧醫(yī)所研究生劉思佳，通訊作者為趙圣國(guó)副研究員、王加啟研究員。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s40168-022-01272-5