宏基因組如何指導微生物分離培養

近日，中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所奶產品質量與風險評估科技創新團隊受邀撰寫綜述文章，闡述了宏基因組指導未培養微生物分離培養的機遇與挑戰，系統總結了基于宏基因組分離培養未培養微生物的方法。相關綜述文章發表在《微生物》（Microbiome）。

隨著宏基因組測序技術快速發展，人們逐漸認識到環境、人體和動物等存在大量多樣的未培養微生物群落，并在地球生態系統中扮演著重要角色。盡管宏基因組數據加深了對未培養微生物群落結構和功能的認識，但由于缺乏未培養微生物菌株的分離，導致無法直接評估未培養微生物的代謝和生理功能，也不能驗證微生物物種間的相互作用等。

因此，分離培養未培養微生物，對帶動微生物組研究進入深水區，推動生物及健康產業發展具有重要意義。當前，宏基因組數據井噴式爆發，尤其是宏基因組組裝的基因組（MAG）提供了未培養微生物基因組信息，為指導靶標未培養微生物的分離和培養帶來了新的機遇。

該綜述歸納提出三種基于宏基因組數據分離和培養未培養微生物的方法。

一是特定培養條件的設計。根據宏基因組數據提供的微生物代謝、底物利用、氧需求、抗生素耐藥性等信息，結合平板稀釋培養、穩定性同位素標記輔助拉曼活性微生物細胞分選等實現靶標微生物分離培養。

二是特異性抗體捕獲分離。預測靶標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行熒光標記，被標記的抗體與靶標微生物結合，利用熒光細胞分選技術分離被標記的靶標微生物。

三是靶向功能基因篩選分離。基于靶標基因序列設計特定引物或探針，通過PCR或熒光原位雜交進行標記或篩選，利用細胞分選獲得靶標細胞，結合相應的抗生素或底物培養基，實現靶標微生物的分離。

該研究得到中國農業科學院農業科技創新工程和現代農業產業技術研究體系等資助。