微生物是地球上生物量最大、生活范圍最廣、生物多樣性最為豐富的類群，是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和生物技術(shù)創(chuàng)新的重要源泉。據(jù)保守估計(jì)，地球上存在的原核生物物種在數(shù)百萬(wàn)種以上。然而由于研究手段的限制以及對(duì)物種認(rèn)知的缺乏，許多微生物類群還不能分離培養(yǎng)，也使得以物種純培養(yǎng)為基礎(chǔ)的原核微生物多樣性及下游應(yīng)用研究面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。如何分離、培養(yǎng)并有效描述未知的90%以上的絕大多數(shù)微生物，是微生物學(xué)研究一直以來亟需解決的挑戰(zhàn)性課題。
近日，我校生命科學(xué)學(xué)院李文均教授課題組在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊npj Biofilms and Microbiomes（IF：6.333，中科院生物學(xué)一區(qū)，微生物學(xué)一區(qū)）上發(fā)表題為“ Network-directed efficient isolation of previously uncultivated Chloroflexi and related bacteria in hot spring microbial mats”的學(xué)術(shù)論文。論文作者突破傳統(tǒng)培養(yǎng)模式，通過高通量測(cè)序及共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析預(yù)測(cè)熱泉菌席微生物的互作模式的思路，實(shí)現(xiàn)了綠彎菌的定向分離（圖1）。通過對(duì)潛在互作的微生物驗(yàn)證，確定了一株具有廣泛促生活性的菌株Tepidimonas sp. SYSU G00190W；基于此，團(tuán)隊(duì)建立了基于物種互作的“SCM-定向分離”策略，成功分離到大量之前難以培養(yǎng)的微生物類群；最后作者還對(duì)其基因組和代謝組做了進(jìn)一步機(jī)理解析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
圖1. 熱泉中綠彎菌的定向分離
熱泉廣泛分布于全球，是研究微生物生態(tài)學(xué)的模式生態(tài)系統(tǒng)之一。菌席生境代表了熱泉生態(tài)系統(tǒng)中最復(fù)雜的微生物群落，其中的微生物存在廣泛的相互作用。本研究首先基于26份典型的熱泉菌席樣品構(gòu)建了共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，確定了潛在促生類群，后基于高效促生菌實(shí)現(xiàn)了以綠彎菌門為代表的大量難培養(yǎng)類群的分離培養(yǎng)。結(jié)合基因組學(xué)及胞外代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)，綠彎菌與溫單胞菌存在活躍的互養(yǎng)行為，溫單胞菌可以將復(fù)雜底物轉(zhuǎn)化為綠彎菌等難培養(yǎng)微生物生長(zhǎng)必須的小分子底物（圖2）。兩者之間的互利協(xié)作模式保證了彼此生命活動(dòng)的高效進(jìn)行。
圖2. Tepidimonas 菌株分泌的胞外代謝產(chǎn)物可以促進(jìn)未培養(yǎng)微生物的生長(zhǎng)
本研究首次應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的方法實(shí)現(xiàn)了熱泉菌席生境中未培養(yǎng)綠彎菌的定向培養(yǎng)?；趦芍甏硇跃甑幕プ餮芯浚醪疥U明了熱泉菌席中綠彎菌（自養(yǎng)微生物，優(yōu)勢(shì)類群）和溫單胞菌（異養(yǎng)微生物，稀有類群）之間的互作關(guān)系，并為理解貧營(yíng)養(yǎng)生境中優(yōu)勢(shì)類群與稀有類群的相互作用奠定了一定的基礎(chǔ)，提出的分離策略為其它環(huán)境中難培養(yǎng)微生物的可培養(yǎng)化提供了思路。
我校生命科學(xué)學(xué)院博士生鮮文東及特聘副研究員Salam Nimaichand博士、碩士生李蒙蒙為共同第一作者，李文均教授為唯一通訊作者。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的蔣宏忱教授、吳耿博士參與了部分工作。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委水圈微生物驅(qū)動(dòng)地球元素循環(huán)的機(jī)制重大研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（91951205，91751206），相關(guān)面上項(xiàng)目（31370154，31600298，31850410475），以及廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃“現(xiàn)代種業(yè)”重大專項(xiàng) (2018B020206001)的資助。
