微生物研究所發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告

1、微生物研究所發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告一、研究所重點(diǎn)領(lǐng)域的國內(nèi)外發(fā)展趨勢1. 微生物資源進(jìn)入新世紀(jì)以后，微生物學(xué)家已經(jīng)開始結(jié)合采用傳統(tǒng)微生物學(xué)、分子生物學(xué)、基因組學(xué)和與生物學(xué)相關(guān)的交叉學(xué)科的思路和手段，在廣闊的時(shí)空范圍內(nèi)，系統(tǒng)調(diào)查和研究自然界中微生物(特別是未培養(yǎng)微生物)的種類、生活方式、相互作用以及與環(huán)境的關(guān)系，揭示物種起源和進(jìn)化的規(guī)律；同時(shí)， 在基因組學(xué)和生物信息學(xué)等的支持下，繼續(xù)在分子水平上探討不同種類微生物的基本生物學(xué)過程、代謝方式和調(diào)控規(guī)律，闡明微生物的代謝多樣性；此外，在微生物資源的利用方面， 積極發(fā)展高效篩選方法和工具， 開發(fā)具有重要應(yīng)用前景的微生物產(chǎn)品和功能，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展以及生態(tài)

2、環(huán)境的改善。2. 分子微生物學(xué)分子微生物學(xué)在分子水平上揭示了微生物生命現(xiàn)象的本質(zhì)，對微生物學(xué)和其他生命科學(xué)的發(fā)展起著重要的作用。 分子微生物學(xué)新的研究方法和研究工具發(fā)展迅速； 微生物基因組的測序已成為程序化的常規(guī)工作， 功能基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究不斷取得新的進(jìn)展； 基因表達(dá)的研究從轉(zhuǎn)錄水平深入到翻譯和翻譯后水平； 微生物次生代謝產(chǎn)物合成途徑及其基因相互作用， 基因的特異性調(diào)控和全局調(diào)控成為國際熱點(diǎn)之一； 微生物代謝的研究從單一途徑發(fā)展為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)； 代謝組學(xué)、 代謝工程新學(xué)科研究應(yīng)運(yùn)而生； 微生物與宿主的相互作用成為當(dāng)今該領(lǐng)域的熱點(diǎn) ; 以免疫系統(tǒng)為模式的細(xì)胞相互作用、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞凋亡、基

3、因表達(dá)與調(diào)控， 人類、 動(dòng)植物抵御病原菌侵染的分子機(jī)制及網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制已成為本世紀(jì)生命科學(xué)的最重要的分支； 癌癥和重大疾病發(fā)生分子機(jī)理及防御治療等重大領(lǐng)域的研究進(jìn)展日新月異。3. 微生物生物技術(shù)21 世紀(jì)以來，微生物生物技術(shù)將在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、醫(yī)藥等的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大， 分子育種已成為微生物育種的重要方法。 絕大多數(shù)的酶制劑用工程菌生產(chǎn)，并用 DNA 模塊組合 (DNA shuffling) 等分子酶工程方法結(jié)合高通量篩選技術(shù)獲得新型生物催化劑和重要的手性化合物。 利用細(xì)胞或酶作為催化劑實(shí)現(xiàn)物資轉(zhuǎn)化的生物催化和生物轉(zhuǎn)化加工技術(shù)，促使化工、能源、材料、環(huán)境等領(lǐng)域的技術(shù)改造發(fā)生深刻變革。 代謝工程

4、的進(jìn)展使分子育種的目標(biāo)擴(kuò)展到涉及多基因的微生物初級代謝物和次級代謝物， 并使生命科學(xué)與工程科學(xué)進(jìn)一步結(jié)合。 環(huán)境微生物學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)內(nèi)涵豐富、對國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展發(fā)揮重要作用的學(xué)科。 采用分子生物學(xué)的方法生產(chǎn)環(huán)境友好的生物大分子材料如聚羥基烷酸、 聚乳酸等。在環(huán)境治理方面， 發(fā)展各種微生物治理技術(shù)， 如復(fù)雜芳烴化合物的微生物降解與轉(zhuǎn)化以治理石油污染的土壤、 水系和其它工業(yè)廢水； 利用微生物的代謝活性和轉(zhuǎn)化能力，生產(chǎn)清潔能源如氫氣、生物質(zhì)（木質(zhì)素）轉(zhuǎn)化成燃料酒精，達(dá)到社會(huì)可持續(xù)發(fā)展并從源頭上保護(hù)環(huán)境。二、研究所的現(xiàn)狀分析及其與國際同類研究所的比較我所在傳統(tǒng)的微生物資源的調(diào)查、分類和保藏方面積

5、累了豐富的品種和知識(shí)， 菌種保藏庫菌種數(shù)達(dá)14000 余株， 真菌標(biāo)本室保藏標(biāo)本達(dá)40 萬號(hào)。 建立了新型中國熱帶高等真菌多媒體數(shù)據(jù)庫。 中國孢子植物志 （電子版） 10 卷成為我國分類研究成果的曠世巨著；在分子微生物學(xué)研究方面， 70 年代由我所獨(dú)立完成的轉(zhuǎn)座子Tn2 轉(zhuǎn)座特性的研究論文在國際著名刊物 1980 年 Cell 發(fā)表。我所與兄弟所合作完成了騰沖嗜熱桿菌基因組全序列測定， 是我國首次完成的微生物基因組全序列測定，結(jié)果發(fā)表在2002 年 Genome Research 。在逆轉(zhuǎn)錄病毒與宿主相互作用研究中克隆了一個(gè)新的參與調(diào)控逆轉(zhuǎn)錄病毒復(fù)制的宿主基因，研究結(jié)果發(fā)表在2002 年 Sc

6、ience 雜志；發(fā)酵和酶學(xué)研究有悠久的傳統(tǒng)和雄厚的基礎(chǔ)， 為我國的氨基酸、 酶制劑、 微生物醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)作出了重要貢獻(xiàn)，如二步發(fā)酵法生產(chǎn)維生素C 技術(shù)轉(zhuǎn)讓 550 萬美元 ,糖化酶產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益上億元。為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)入我院 30 個(gè)國際著名研究所的目標(biāo)，經(jīng)反復(fù)研究比較，選擇了美國 Rutgers 大學(xué) Waksman Institute of Microbiology （簡稱 Waksman 微 生物所） 作為比較對象。 Waksman 微生物所以發(fā)現(xiàn)鏈霉素 （ 1939 年） 而獲 1954 年 諾 貝 爾 醫(yī) 學(xué) 獎(jiǎng) 的 Dr. Selman Waksman 命 名 。 現(xiàn) 任 所 長 Dr.

7、Joachim Messing 構(gòu)建的 JM 菌、 M13mp 、 pUC 系列載體已在國際上廣泛使用，具有相當(dāng)大的影響?，F(xiàn)從以下幾方面對兩個(gè)所比較:1 . 體量：微生物所創(chuàng)新工程核定161 人，其中研究組長28 人。 Waksman微生物所現(xiàn)有固定人員 136 人，其中研究組長18 人，二者大體相當(dāng)。2 .研究方向： 微生物所近年發(fā)展為微生物資源、分子微生物學(xué)和微生物生物技術(shù)三大領(lǐng)域，并有部分研究從微生物擴(kuò)展到動(dòng)植物 , Waksman 微生物所現(xiàn)發(fā)展為分子遺傳學(xué)、 基因表達(dá)調(diào)控和生物分子間相互作用以及計(jì)算機(jī)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究，研究材料也從微生物擴(kuò)展到動(dòng)植物。3 .研究經(jīng)費(fèi)：微生物所與Waks

8、man 微生物所存在相當(dāng)大的差距。前者近三年的年總經(jīng)費(fèi)（包括項(xiàng)目聘任研究組的經(jīng)費(fèi)收入）平均約 4000 萬人民幣，而后者達(dá) 1400 萬美元，相差約3 倍。4 .科學(xué)產(chǎn)出，微生物所與Waksman 微生物所同樣存在很大的差距。近三年，中科院微生物所年均在SCI 收錄刊物發(fā)表論文52 篇，同期 Waksman 微生物所為 72 篇。數(shù)量上的差距尚不足以反映二者在科學(xué)產(chǎn)出方面的差距，更大的差距是論文的質(zhì)量，在影響因子高區(qū)的論文數(shù)Waksman 所遠(yuǎn)多于微生物所。綜上分析：微生物所與 Waksman 微生物所在體量、研究領(lǐng)域等方面都有一定的可比性;微生物所與Waksman 微生物所在投入與產(chǎn)出方面仍

9、存在相當(dāng)大的差距。 其實(shí)質(zhì)性的差距仍然是如何準(zhǔn)確把握和占據(jù)科學(xué)研究領(lǐng)域前沿、 原始性科學(xué)創(chuàng)新及科研人員的素質(zhì)水平問題。三、研究所科技發(fā)展戰(zhàn)略擬提出以下集成性科研項(xiàng)目，作為微生物所近期發(fā)展的突破口：1 典型生態(tài)環(huán)境微生物系統(tǒng)科學(xué)研究選擇典型生態(tài)環(huán)境，以生態(tài)基因組學(xué)研究為主線，結(jié)合分類學(xué)、分子生態(tài)學(xué)研究和理化分析，闡明特定環(huán)境中微生物的群落結(jié)構(gòu)、分布、代謝類型、所參與的物質(zhì)轉(zhuǎn)化以及與環(huán)境的相互作用， 建立特定環(huán)境的微生物生態(tài)模型； 開發(fā)具有生物技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的微生物產(chǎn)品和功能， 促進(jìn)對特定環(huán)境的保護(hù)、 利用和改造。選擇具有代表性的微生物物種作為模式系統(tǒng)，系統(tǒng)地開展DNA 復(fù)制、次生代謝調(diào)控、 糖基化

10、與糖鏈代謝途徑、 特殊化合物代謝等方面的研究， 爭取在古菌 DNA復(fù)制、鏈霉菌次生代謝調(diào)控、 真菌糖基化途徑、 細(xì)菌特殊代謝途徑形成一流的科研群體，做出高水平的研究工作。2 . 微生物生物活性物質(zhì)的研究開發(fā)通過自建、引進(jìn)、合作及共建等多種方式建立新的篩選模型，并引入先進(jìn)的高通量篩選技術(shù)從中發(fā)現(xiàn)新型的 抗真菌、 病毒及腫瘤的活性物質(zhì)、 芳烴類污染化合物降解酶、糖鏈代謝酶和手性化合物轉(zhuǎn)化酶等具有生物技術(shù)開發(fā)價(jià)值的微生物產(chǎn)物和功能。建成一個(gè)國內(nèi)最大、在國際上有影響的微生物活性物質(zhì)篩選平臺(tái)，形成從資源、篩選模型到獲得先導(dǎo)物的技術(shù)集成，為我國的農(nóng)業(yè)、 環(huán)境和健康事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。3 . 生物

11、催化和生物轉(zhuǎn)化研究極端環(huán)境微生物的生物多樣性和功能多樣性，從中發(fā)現(xiàn)、獲得能催化不同的氧化還原、水解、醛縮等反應(yīng)、功能多樣的新型酶，通過生物學(xué)與化學(xué)的學(xué)科交叉、優(yōu)勢互補(bǔ)， 揭示生物催化和生物轉(zhuǎn)化規(guī)律， 設(shè)計(jì)出幾種重大產(chǎn)品的理想生物催化過程， 促進(jìn)化學(xué)工業(yè)的生物技術(shù)全面改造， 提高我國化學(xué)制造業(yè)的國際影響和競爭力。4 .環(huán)境微生物生物技術(shù)以氯代硝基芳姓污染物為代表，研究難生物降解化合物的生物降解途徑和 機(jī)理研究，闡明該化合物在環(huán)境中的生物轉(zhuǎn)化規(guī)律， 發(fā)展污染物的生物強(qiáng)化控制 技術(shù)。通過對代謝途徑、編碼代謝途徑的基因簇和具有調(diào)控功能的基因的研究， 描繪一張氯代硝基芳姓的完整代謝途徑，豐富現(xiàn)有國際微生

12、物代謝數(shù)據(jù)庫資源。 提升我國環(huán)境微生物學(xué)研究的國際地位， 并利用獲得的研究成果開展鹵素生物催 化、芳姓化合物的生物加工等應(yīng)用領(lǐng)域的研究。5 .病毒與宿主的相互作用主要在宿主細(xì)胞因子抑制 HIV病毒復(fù)制的分子機(jī)理、抑制HBV侵染的宿主 細(xì)胞免疫機(jī)制兩個(gè)方面開展分子、細(xì)胞及機(jī)體水平的研究，從而在病毒與宿主相 互作用的研究方面取得突破性進(jìn)展。 并利用上述HBV和HIV病原微生物侵染模 型，系統(tǒng)研究中國人群特異的細(xì)胞應(yīng)答病理組學(xué)(pathologies )。四、近期可能取得的重大科研進(jìn)展及可能性分析表1.近期可能取得的重大科研進(jìn)展及可行性分析編 號(hào)科研項(xiàng)目近期(2 3年)進(jìn)展可行性分析1微生物發(fā)酵法生

13、產(chǎn)長鏈 二元酸長鏈C12 - C15系列二元酸的規(guī)?；a(chǎn)具自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，獲國 家計(jì)委1000萬元啟動(dòng) 資金2乙肝疫苗研制獲臨床證書和新藥報(bào) 批gp96蛋白在乙肝方面 應(yīng)用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)3極端微生物及其極端酶 資源的開發(fā)利用分離、克隆并表達(dá)有用 的極端酶基因堿性甘露聚糖酶已獲應(yīng) 用4水稻白葉枯，功能基 因組的研究克隆到一系列致病基 因已建成大規(guī)模突艾體庫5轉(zhuǎn)基因植物研究獲得轉(zhuǎn)基因棉花的安 全許可證以及轉(zhuǎn)基因 番茄、辣椒的生產(chǎn)、銷 售許可證獲得轉(zhuǎn)基因番茄、辣椒 的安全許可證6圈卷廣色鏈毒菌尼口霉 素生物合成全基因簇的 研究闡明尼口毒素生物合 成途徑中基因表達(dá)和 調(diào)控的分子機(jī)理基因簇的5個(gè)基因已

14、克 隆并完成測序五、實(shí)現(xiàn)高水平研究所的舉措1. 凝練科技目標(biāo)實(shí)現(xiàn)從跟蹤向原創(chuàng)新的跨越； 面向國家戰(zhàn)略需求， 實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的突破和技術(shù)集成的跨越。2. 人才引進(jìn)培育從國內(nèi)外引進(jìn)優(yōu)秀青年人才，優(yōu)化人才結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)分子免疫、活性物質(zhì)篩選、 分子酶工程、 代謝工程、 農(nóng)藥肥料等重點(diǎn)學(xué)科和新生長學(xué)科的人力資源配置。同時(shí)要完善科研隊(duì)伍的結(jié)構(gòu)配置， 逐步形成以博士后為主體的項(xiàng)目聘用群體， 實(shí) 施相應(yīng)的配套管理政策。3. 完善評價(jià)體系制定一系列適合微生物學(xué)研究和開發(fā)的科學(xué)評價(jià)體系 , 從 SCI 文章到成果、專利數(shù)量為主的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)向以對社會(huì)和生產(chǎn)力發(fā)展的貢獻(xiàn)為主的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)； 試行院外、 海外評審專家參與評估研究所工作； 對科研人員、 管理人員和支撐系統(tǒng)人員分別制定合理、有效、可操作性強(qiáng)的責(zé)任管理評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和考核機(jī)制 , 調(diào)動(dòng)各類人員的積極性。4. 強(qiáng)化激勵(lì)制度對進(jìn)入創(chuàng)新工程課題組，定期進(jìn)行業(yè)績考核，根據(jù)結(jié)果調(diào)整經(jīng)費(fèi)；建立創(chuàng)新隊(duì)伍動(dòng)態(tài)流轉(zhuǎn)和更新的機(jī)制； 鼓勵(lì)科研人員從事應(yīng)用