极端环境微生物的培养

极端环境微生物

微生物的多样性表现在其生长环境，几乎整个生物圈环境，都有微生物存在。虽然大多数微生物只能在温和中性环境中生长，但有些微生物却能在特殊的环境中生存，例如高温、低温、高盐、高碱、高酸、高压、高辐射等环境。这些微生物由于适应特殊环境的结果，形成独特的机能、结构和遗传基因。这类微生物称为极端微生物(extremophiles)，因为具有特殊的基因类型、生理机制及代谢产物，是一群新型且具有很大开发潜力的生物资源…….

极端环境不同生物的pH极限红色为古细菌，蓝色为细菌，浅绿色为藻类，棕色为真菌，黄色为原生动物，绿色为植物，紫色是动物。不同生物的温度极限红色为古细菌，蓝色为细菌，浅绿色为藻类，棕色为真菌，黄色为原生动物，绿色为植物，紫色是动物。极端环境微生物通俗的讲，极端环境微生物是指生长在极端环境下的一大类微生物。

它们偏好极端的环境，如高温，低温，高盐，极端pH，极端营养条件等等。还包括一些能耐受极端条件，如强辐射，强毒性等一些非常规理化环境。许多的极端环境微生物还生存在人类未能探知的环境。Lifeinextremeenvironments.

LynnJ.Rothschild&RoccoL.MancinelliNature,2001,Vol.409,1092-1101极端环境微生物的研究意义由于极端环境微生物能产生许多独特的稳定蛋白，在生物技术产业上有很高的价值，它们产生的许多酶已经在市场上得到广泛的应用。

在生物学上，极端环境微生物的意义也不能被低估，通过对16srDNA的研究，Woese在1990年提出了新的分类系统。对极端环境微生物中古细菌的研究，显示这一类微生物和已知的微生物有显著的差别，从而，提出了新的分类系统，即三元界分类系统－古菌、细菌和真核生物。极端环境微生物在工业上的应用Lifeinextremeenvironments.LynnJ.Rothschild&RoccoL.MancinelliNature,2001,Vol.409,1092-1101传统的微生物分离培养方法传统微生物培养缺陷通用培养基对大多数极端环境下难培养微生物(99%以上)没有选择性。培养条件很难与自然条件一致。对微生物领域认识的局限。极端环境微生物培养进展近年来，随着分子生物学技术和其他相关技术在微生物分离检测中的应用，越来越多的极端环境微生物被检测到。随着培养的研究深入和技术水平的提高，许多微生物从不可培养状态达到了纯培养状态。而对培养出微生物的性质研究也有了许多新的进展。极端环境微生物的培养意义通过实验室培养技术手段，实现极端环境微生物的可培养。发现新的生物资源，是生物多样性开发和保护研究的重要方面。研究其生理生化特征，为其将来能大规模应用奠定基础。未可培养微生物的培养思想选定培养目标。确定培养方案。实现可培养化。极端环境微生物培养方法归纳模拟自然环境分离获得纯培养。采用荧光标记已探测菌基因，追踪分离。极端营养研究，实现微生物分离培养。Isolating“Uncultivable”MicroorganismsinPureCultureinaSimulatedNaturalEnvironmentT.Kaeberlein,K.Lewis,S.S.EpsteinBiologyDepartment,NortheasternUniversity,Boston,MA02115,USA;MarineScienceCenter,NortheasternUniversity,Nahant,MA01908,USA.Science,2002Vol.296,1127-1129

作者依据膜过滤原理和固定化技术，设计了一种新型的培养方式。在自然环境中，营养物质和代谢废物能通过膜，而细菌则在固定化培养过程中形成菌落。对于其生长机理的研究则有利于对环境中微生物的未可培养机理进行探讨。研究结果通过这种培养方法培养出来的微生物中（86±7）％以上在培养皿上不能得到培养。其中得到能够在常规方法纯培养的都属于生长速度相对比较快速的微生物。通过这种新方法分离得到了新目级别的新物种。其中的一株菌MSC1不能在培养皿上独立生存，只有和其他的细菌（MSC2，MSC4或MSC5）一起才能维持生存。CultivationoftheubiquitousSAR11

marinebacterioplanktoncladeMichaelS.Rappe,StephanieA.Connon,KevinL.Vergin

&StephenJ.Giovannoni

DepartmentofMicrobiology,OregonStateUniversity,Corvallis,Oregon97331,USA

Nature,2002,Vol.418,630-633研究过程通过DNA检测，首先发现SAR11类细菌在海洋中大量存在。设计该菌种的特异探针，并对其荧光标记，找到该菌位置。对培养方法的探索，使该菌得到增殖达到分离并纯培养。研究结论SAR11细菌是目前发现的最小的细菌（0.01μm3）。其与目前已知的－蛋白细菌的最高相似度只有82％，是一类全新的物种。与普通细菌相比，SAR11类细菌偏好于无机营养成分，而不是复合有机养料。NewStrategiesforCultivationandDetectionofPreviously

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

EastLansing,Michigan

AppliedandEnviromentalMicrobiology,2004,Vol.70

4748–4755设计了针对分离目标Acidobacteria

和Verrucomicrobia的PCR引物，同时对照洗脱培养皿和培养孔板进行PCR反应，确定培养目标，然后进行培养筛选，最后在使目标达到了纯培养。极大地减少了培养过程中的盲目性，提高了实验效率。结论与思考不同的微生物之间的培养方法有极大的差异，因此对极端难培养微生物的培养不能“一刀切”。在研究培养方法时要充分借鉴其原始的生活环境和生理条件。现有的分子生物学探测微生物多样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