探访微生物资源前期开发国家重点实验室

　　记者：刘莉



　　主任：东秀珠



　　时间：2008年8月29日下午



　　地点：中国科学院微生物研究所  



　　微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活密切相关。看上去，我们发现的微生物似乎已经很多，但实际上由于培养方式等技术手段的限制，人类现今发现和认识的微生物还只占自然界存在的微生物中很少一部分，专业人士的估计是不到1%%。  



　　为了更好地利用这个地球上未知的最大资源库，国内外的微生物学家一直在探索着新的微生物物种和类群。近日记者前往位于北京的中国科学学院微生物研究所，探访了设在那里的微生物资源前期开发国家重点实验室。这个致力于更大范围开发利用微生物资源的国家重点实验室承担了我国该领域研究中的多项重大课题，并在多年的努力中取得了不断发展。实验室主任东秀珠研究员接受了记者的专访。  



　　记者：人类利用微生物的历史已有几千年，然而直到最近十几年分子生态学手段的应用，使人们才真正认识到自然界中蕴藏着丰富微生物资源宝库。这个资源库对我们到底意味着什么？  



　　东秀珠：尽管微生物个体微小、多数难以人工培养，但无论在生物量还是在遗传及代谢多样性方面，微生物均远远超过其它生物，在生物圈中起着至关重要的作用。  



　　微生物通过光和作用、固氮作用和二氧化碳的储存改变着大气的组成，通过氧化还原作用影响着土地的肥力和水质，通过各种分解和转化作用维持着生物圈中的物种结构和物质循环的平衡。从某种意义上说，微生物可能是地球上最大的、尚未有效开发的自然资源。对于这个资源宝库的认识和利用是微生物学、乃至整个生物学在新世纪中面临的巨大挑战，也是各国为增强综合国力而展开竞争的一个重要方面。  



　　记者：那么微生物资源前期开发国家重点实验室主要研究内容和定位是什么？  



　　东秀珠：我们这个实验室主要开展微生物资源利用的基础和应用基础研究。实验室的总体定位是根据建设创新型国家的总体战略，以国民经济和社会发展的重大需求为导向，瞄准微生物学科前沿，开展微生物资源利用的基础和应用基础研究。  



　　实验室的总体目标是面向生物能源、工业改造、农业发展、环境保护和人口健康等方面的国家重大需求，建立从微生物资源收集与评估、产物及功能发掘到应用技术形成的创新研究体系，为我国生物技术产业的自主发展和综合国力的提升做出基础性、战略性和前瞻性贡献。  



　　记者：实验室的长期研究的方向有哪些？  



　　东秀珠：主要有三个方向。一是微生物资源的收集、评估和生物学基础研究。在微生物资源的收集和评估方面，我们目前以极端微生物、放线菌等为主要对象。极端微生物生活于极端自然环境，例如：盐湖、碱湖、热泉、海底溢口等，代谢方式多样，具有许多在其它生物中没有或少见的生物学功能，富含极端酶以及特殊产物，是生物资源宝藏中的重要部分。由于极端微生物不仅具有理论研究价值，而且有着诱人的生物技术开发前景，关于这类生物的研究已经成为微生物学研究中的一大热点。放线菌是抗生素等生物活性物质的重要来源，因此一直是微生物学界、新药研发机构、制药公司等关注的焦点。  



　　第二个主要方向是微生物生物活性物质的代谢研究。抗生素及抗病毒、抗肿瘤等生物活性物质主要来自微生物。从微生物中筛选新的生物活性物质、通过分析其代谢途径及调控改变生物活性物质的结构和产量一直是微生物资源开发的主要方向。  



　　另一个重要方向是微生物酶学工程和生物催化。微生物的许多功能和产物具有重要的生物技术开发价值。通过微生物发酵或酶促反应完成物质转化，通常具有资源利用率高、特异性好、能耗低、污染少等优点，对于实现国民经济和社会的可持续发展具有重要意义。在微生物酶方面，采用多种方法，从实验室收集的微生物资源和环境元基因组文库中，筛选具有生物技术开发前景的酶、特别是极端酶和纤维素降解酶；通过对酶的分子改造、发酵及后处理工艺优化，建立有产业化前景的酶制剂生产技术。  



　　记者：这些年，在基础研究和应用基础研究中，实验室有哪些标志性的成果？  



　　东秀珠：在科技部、中科院的大力支持下，我们与中科院遗传所和生物物理所合作启动了我国的第一个微生物基因组计划，完成了对本室分离于云南腾冲热泉的一株嗜热细菌———腾冲嗜热菌的基因组序列测定。从中国极端环境中，获得了500余株特殊的细菌，发现了中国特有的嗜盐细菌新属一个和嗜盐、嗜热及厌氧细菌和古菌的新种多个。在极端嗜热古菌DNA复制的研究中，分离得到了两种新的DNA结合蛋白(Ssh7和Ssh12)，并发现它们具有固定DNA负超螺旋的能力。提出了高温状态下生物维持染色体结构和功能稳定性的一个有效机制。  



　　在微生物产物和技术应用研究中，实验室从建立了乳酸菌产生天然食品防腐剂—乳链菌肽(Nisin)，该项技术也已转让给浙江天台银象生物化工厂；该厂生产的乳链菌肽销往欧洲多个国家，并占领了同类产品市场的60%%。该项成果获得了2005国家科技进步二等奖。长链二元酸是制造高级香料、高级工程塑料、高级热熔胶、高温电解质、高级润滑油、高级油漆和涂料等的重要原料，实验室采用微生物发酵正烷烃生产长链二元酸的方法，其产酸水平达到了国际领先水平。此项技术也已经分别转让给了两家公司，科研成果获得了2006年国家科技进步二等奖。  



　　记者：实验室承担国家相关课题情况如何？  



　　东秀珠：2001年以来，实验室承担和完成各类国家任务的能力明显增强，包括国家重点基础研究发展规划(973)课题8项，国家863计划课题10项，国际合作项目7项，国家自然科学基金重点项目和面上项目16项。特别是，我们实验室的成员作为首席科学家和主体承担了973计划项目“极端微生物及其功能利用的基础研究”和“生物炼制细胞工厂”。  



　　实验室共发表研究论文244篇,主编和参编专著12部；申请专利36项,授权25项；8项科研成果分别获国家、中科院和其他部委的奖励。  



　　记者：听说实验室还承担了国家自然科学基金委、微生物学科目前唯一一个创新研究群体项目。请您介绍一下这方面的情况。  



　　东秀珠：我们这个实验室在极端环境微生物领域有着多年的科研积累和一支具有国际竞争能力的研究队伍。因此在2006年通过同行评审，被国家自然科学基金委批准立项创新群体项目“极端环境微生物生命特征及环境适应机理”。该项目由黄力研究员领衔、参加成员全部来自我们实验室。项目致力于从多个层面认识极端环境微生物的生物多样性及其形成机制，为极端环境微生物资源的利用奠定基础。  



　　记者：实验室在管理方面有什么创新之处？  



　　东秀珠：目前实验室由13个研究组、共55个固定工作人员组成，高级研究人员26人，具有博士学位31人。在读博士研究生75人，硕士研究生37人。  



　　随着实验室研究方向的凝聚、系统性研究的加强和学科的迅速发展，对功能性强的公共研究平台的需求更加迫切。目前实验室有一支由7位具有研究技术背景人员组成的技术支撑队伍，他们均是大学本科以上的学历，其中1名中科院“百人计划”入选者、4位具有博士学位。专业背景包括了基因组学、蛋白组学、菌种保藏和数据信息，形成了本室的特色，为实验室的研究起到了很好的技术支撑和推动作用。  



　　“真诚互助、求真务实、摈弃浮躁、矢志创新”是微生物资源前期开发国家重点实验室良好科研环境的真实写照，已成为实验室的特色文化。  



　　-编者按  



　　微生物因“小”而得名，尤其细菌必须通过显微镜放大约1000倍才能看到。中等大小的细菌，一亿个叠加在一起只有不到句号那么大。千姿百态的微生物，在自然界可谓“无处不在，无处不有”，涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、医药、工农业、环保等诸多领域。有些微生物能够致病，引起食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但不少微生物对人类有有益的一面。人类利用微生物的历史已有几千年，然而直到最近十几年分子生态学手段的应用，使人们才真正认识到自然界中蕴藏着丰富微生物资源宝库。  



　　看上去，我们发现的微生物似乎已经很多，但实际上由于培养方式等技术手段的限制，人类现今发现和认识的微生物还只占自然界存在的微生物中很少一部分，专业人士的估计是不到1%%。为了更好地利用这个地球上未知的最大资源库，国内外的微生物学家一直在探索着新的微生物物种和类群。