極端環(huán)境微生物的培養(yǎng)

極端環(huán)境微生物

微生物的多樣性表現(xiàn)在其生長(zhǎng)環(huán)境，幾乎整個(gè)生物圈環(huán)境，都有微生物存在。雖然大多數(shù)微生物只能在溫和中性環(huán)境中生長(zhǎng)，但有些微生物卻能在特殊的環(huán)境中生存，例如高溫、低溫、高鹽、高堿、高酸、高壓、高輻射等環(huán)境。這些微生物由于適應(yīng)特殊環(huán)境的結(jié)果，形成獨(dú)特的機(jī)能、結(jié)構(gòu)和遺傳基因。這類微生物稱為極端微生物(extremophiles)，因?yàn)榫哂刑厥獾幕蝾愋?、生理機(jī)制及代謝產(chǎn)物，是一群新型且具有很大開(kāi)發(fā)潛力的生物資源…….

極端環(huán)境不同生物的pH極限紅色為古細(xì)菌，藍(lán)色為細(xì)菌，淺綠色為藻類，棕色為真菌，黃色為原生動(dòng)物，綠色為植物，紫色是動(dòng)物。不同生物的溫度極限紅色為古細(xì)菌，藍(lán)色為細(xì)菌，淺綠色為藻類，棕色為真菌，黃色為原生動(dòng)物，綠色為植物，紫色是動(dòng)物。極端環(huán)境微生物通俗的講，極端環(huán)境微生物是指生長(zhǎng)在極端環(huán)境下的一大類微生物。

它們偏好極端的環(huán)境，如高溫，低溫，高鹽，極端pH，極端營(yíng)養(yǎng)條件等等。還包括一些能耐受極端條件，如強(qiáng)輻射，強(qiáng)毒性等一些非常規(guī)理化環(huán)境。許多的極端環(huán)境微生物還生存在人類未能探知的環(huán)境。Lifeinextremeenvironments.

LynnJ.Rothschild&RoccoL.MancinelliNature,2001,Vol.409,1092-1101極端環(huán)境微生物的研究意義由于極端環(huán)境微生物能產(chǎn)生許多獨(dú)特的穩(wěn)定蛋白，在生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)上有很高的價(jià)值，它們產(chǎn)生的許多酶已經(jīng)在市場(chǎng)上得到廣泛的應(yīng)用。

在生物學(xué)上，極端環(huán)境微生物的意義也不能被低估，通過(guò)對(duì)16srDNA的研究，Woese在1990年提出了新的分類系統(tǒng)。對(duì)極端環(huán)境微生物中古細(xì)菌的研究，顯示這一類微生物和已知的微生物有顯著的差別，從而，提出了新的分類系統(tǒng)，即三元界分類系統(tǒng)－古菌、細(xì)菌和真核生物。極端環(huán)境微生物在工業(yè)上的應(yīng)用Lifeinextremeenvironments.LynnJ.Rothschild&RoccoL.MancinelliNature,2001,Vol.409,1092-1101傳統(tǒng)的微生物分離培養(yǎng)方法傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)缺陷通用培養(yǎng)基對(duì)大多數(shù)極端環(huán)境下難培養(yǎng)微生物(99%以上)沒(méi)有選擇性。培養(yǎng)條件很難與自然條件一致。對(duì)微生物領(lǐng)域認(rèn)識(shí)的局限。極端環(huán)境微生物培養(yǎng)進(jìn)展近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)技術(shù)和其他相關(guān)技術(shù)在微生物分離檢測(cè)中的應(yīng)用，越來(lái)越多的極端環(huán)境微生物被檢測(cè)到。隨著培養(yǎng)的研究深入和技術(shù)水平的提高，許多微生物從不可培養(yǎng)狀態(tài)達(dá)到了純培養(yǎng)狀態(tài)。而對(duì)培養(yǎng)出微生物的性質(zhì)研究也有了許多新的進(jìn)展。極端環(huán)境微生物的培養(yǎng)意義通過(guò)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)極端環(huán)境微生物的可培養(yǎng)。發(fā)現(xiàn)新的生物資源，是生物多樣性開(kāi)發(fā)和保護(hù)研究的重要方面。研究其生理生化特征，為其將來(lái)能大規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。未可培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)思想選定培養(yǎng)目標(biāo)。確定培養(yǎng)方案。實(shí)現(xiàn)可培養(yǎng)化。極端環(huán)境微生物培養(yǎng)方法歸納模擬自然環(huán)境分離獲得純培養(yǎng)。采用熒光標(biāo)記已探測(cè)菌基因，追蹤分離。極端營(yíng)養(yǎng)研究，實(shí)現(xiàn)微生物分離培養(yǎng)。Isolating“Uncultivable”MicroorganismsinPureCultureinaSimulatedNaturalEnvironmentT.Kaeberlein,K.Lewis,S.S.EpsteinBiologyDepartment,NortheasternUniversity,Boston,MA02115,USA;MarineScienceCenter,NortheasternUniversity,Nahant,MA01908,USA.Science,2002Vol.296,1127-1129

作者依據(jù)膜過(guò)濾原理和固定化技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種新型的培養(yǎng)方式。在自然環(huán)境中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物能通過(guò)膜，而細(xì)菌則在固定化培養(yǎng)過(guò)程中形成菌落。對(duì)于其生長(zhǎng)機(jī)理的研究則有利于對(duì)環(huán)境中微生物的未可培養(yǎng)機(jī)理進(jìn)行探討。研究結(jié)果通過(guò)這種培養(yǎng)方法培養(yǎng)出來(lái)的微生物中（86±7）％以上在培養(yǎng)皿上不能得到培養(yǎng)。其中得到能夠在常規(guī)方法純培養(yǎng)的都屬于生長(zhǎng)速度相對(duì)比較快速的微生物。通過(guò)這種新方法分離得到了新目級(jí)別的新物種。其中的一株菌MSC1不能在培養(yǎng)皿上獨(dú)立生存，只有和其他的細(xì)菌（MSC2，MSC4或MSC5）一起才能維持生存。CultivationoftheubiquitousSAR11

marinebacterioplanktoncladeMichaelS.Rappe,StephanieA.Connon,KevinL.Vergin

&StephenJ.Giovannoni

DepartmentofMicrobiology,OregonStateUniversity,Corvallis,Oregon97331,USA

Nature,2002,Vol.418,630-633研究過(guò)程通過(guò)DNA檢測(cè)，首先發(fā)現(xiàn)SAR11類細(xì)菌在海洋中大量存在。設(shè)計(jì)該菌種的特異探針，并對(duì)其熒光標(biāo)記，找到該菌位置。對(duì)培養(yǎng)方法的探索，使該菌得到增殖達(dá)到分離并純培養(yǎng)。研究結(jié)論SAR11細(xì)菌是目前發(fā)現(xiàn)的最小的細(xì)菌（0.01μm3）。其與目前已知的－蛋白細(xì)菌的最高相似度只有82％，是一類全新的物種。與普通細(xì)菌相比，SAR11類細(xì)菌偏好于無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分，而不是復(fù)合有機(jī)養(yǎng)料。NewStrategiesforCultivationandDetectionofPreviously

UnculturedMicrobesBradleyS.Stevenson,*StephanieA.Eichorst,JohnT.Wertz,ThomasM.Schmidt,andJohnA.BreznakDepartmentofMicrobiologyandMolecularGenetics,MichiganStateUniversity,

EastLansing,Michigan

AppliedandEnviromentalMicrobiology,2004,Vol.70

4748–4755設(shè)計(jì)了針對(duì)分離目標(biāo)Acidobacteria

和Verrucomicrobia的PCR引物，同時(shí)對(duì)照洗脫培養(yǎng)皿和培養(yǎng)孔板進(jìn)行PCR反應(yīng)，確定培養(yǎng)目標(biāo)，然后進(jìn)行培養(yǎng)篩選，最后在使目標(biāo)達(dá)到了純培養(yǎng)。極大地減少了培養(yǎng)過(guò)程中的盲目性，提高了實(shí)驗(yàn)效率。結(jié)論與思考不同的微生物之間的培養(yǎng)方法有極大的差異，因此對(duì)極端難培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)不能“一刀切”。在研究培養(yǎng)方法時(shí)要充分借鑒其原始的生活環(huán)境和生理?xiàng)l件。現(xiàn)有的分子生物學(xué)探測(cè)微生物多樣性方面仍可能存在缺陷，未知基因的存在？未知微生物存在的可能性