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“唤醒”沉睡的微生物菌种


录入时间:2016-9-23 9:19:44

   一株在中国普通微生物菌种保藏管理中心沉睡了20年之久的古老菌种,最近因为韩春雨事件火了起来。这个叫做格氏嗜盐碱杆菌的菌种,在河北科技大学副教授韩春雨的利用下,实现了基因组编辑技术NgAgo-gDNA而出名。

   日前发布的《中国微生物资源发展报告2016》显示,世界各保藏中心共保有96907个用于专利程序的生物材料,其中中国普通微生物菌种保藏中心保藏的专利菌株为11977个,位列全球第2。

9月14日,记者走进中国普通微生物菌种保藏管理中心(简称保藏中心),探寻微生物菌种的日常生活。

 

  链霉菌

 

支撑未来的“生命”银行

   中国普通微生物菌种保藏管理中心高级工程师辛玉华说,格氏嗜盐碱杆菌是20年前由中科院微生物所老所长周培瑾研究员从苏格兰交换来到中国,其最先分离于肯尼亚马加迪湖。作为保藏中心五千多种微生物中的一员,格氏嗜盐碱杆菌或通过真空冷冻干燥法,或借助-190℃左右的液氮超低温冻结法处于休眠状态。

   一些菌种甚至在冷藏室中沉睡了半个多世纪,“一旦有需求,它们就会被唤醒并投入应用。”辛玉华说。但如今,地球上99%的微生物人类还是不知道如何培养。只有经过培养,才知道它们未来能够做什么,并最终实现利用。

   “我们选择的菌种,一般要有潜在应用价值和丰富的生物多样性。现在,越来越多的微生物被‘唤醒’,并在各个领域一显身手。”辛玉华说。菌保中心保藏的微生物是经过几代人长期且持续累积来的,只有时间才能体现微生物资源保藏的价值。另外,微生物资源事关生物技术创新的未来。

   值得注意的是,今年5月,美国宣布启动“国家微生物组计划”,美国政府将在未来两年投入1.21亿美元作为启动资金,数十所大学和研究机构未来几年将投入4亿美元。

 

  曲霉

 

菌种保藏有双重“保险”

   作为我国可同时提供一般菌种资源服务和专利生物材料保存的国家级保藏中心,保藏中心于1995年被列入“布达佩斯条约国际保藏单位”,成为一个持有国际牌照的微生物“银行”。

   “这里主要是收集、保藏、鉴定、交换和供应各类生物材料。”辛玉华告诉科技日报记者,一些研发中分离出的菌种,暂时不知道有什么功能,就作为资源储备储存;而研究课题需要收集、筛选的菌类,结题后也可存放备份。几十年来,保藏中心共提供了几十万株各类微生物菌种,在我国生命科学和生物技术研发中贡献卓著。

   走进位于地下的保藏中心,空气中弥漫着丝丝凉气,和室外的闷热对比鲜明。在这间百十来平米的液氮生物储罐室中,放满了30来个容量为750升的“大罐子”,5.3万个如细菌、真菌、酵母等的微生物菌种暗藏其中。

   “几乎所有的菌种都贮存于液氮中,生物材料都先在这里保藏并‘备份’。”辛玉华提起一个液氮罐盖子,蒸腾着的氮气扑面而来,记者下意识的往后退了下。透过缭绕的雾气,各式各样的微生物菌种在小铁盒子里“睡大觉”。

   “液氮罐里的温度维持在-190℃左右,菌种在这里可以保存几十年。”辛玉华指着天花板说,当液氮变少时,楼上的“巨无霸”液氮罐会自动感应并及时添加,这些造价昂贵的“制冷剂”从天津直运而来。

   来到低温冷藏室,好像进了银行的保险库。一排排直抵天花板的不锈钢铁柜,每个柜子整齐排列着很多像“抽屉”般的隔间。拉出一个“抽屉”,就能看到很多支真空小玻璃管里存放着不同编号的菌种。试管中装有淡黄色、已经干燥处理的保护剂,藏在其中的是“休眠”中的微生物,这种保藏方法就被称为真空冷冻干燥法。

   经过双重“保险”保藏的菌种,一株菌售价只有500—1000元。作为公益性机构,保藏中心的价格不贵且质量有保证。值得注意的是,新的微生物物种需要经过保藏中心核实、保藏后才能在国际期刊生效发表,而这正是中国普通微生物菌种保藏中心具有的权威性。

 

  真菌

 

一个菌种的“生死”循环

   目前,保藏中心保存有各类微生物资源5700种、50000余株,用于专利程序的生物材料有1万余株。那么,数目庞大的微生物资源,从“清醒”到被“沉睡”经历了什么?

   “菌种被送来后,首先进行存活度和纯度检测,然后用基因测定来核实菌种的正确性,继而用真空冷冻干燥法或液氮超低温冻结法保存菌种。”辛玉华说,保藏菌种时一般两种方法会互为备份,使用液氮法保存6份,真空法则要备份12个。

   “通过冷冻技术处理后,细菌就会处于休眠状态。如果要活化使用,则需通过相应的培养液进行活化,才能恢复活性。”辛玉华以格氏嗜盐碱杆菌为例说,复活菌种所需的营养为:20%的氯化钠,酪蛋白、氨基酸、pH值为9等,在适宜的温度和培养基中,这些沉睡的细菌便会被重新唤醒。

 

  细菌

 

专利靠前但“短板”尚存

   如今,这里还保存着中科院微生物所送给毛主席的第一支灵芝菌种,有利于女性减肥的鼠李糖乳杆菌,还有可以减少田间施肥的同氮菌……

   科学家相信,当今时代人类面临的挑战,包括养活众多的人口、生产可持续的能源、保护环境或减缓对环境的破坏,以及人类健康等等,都与生物学相关,可以从微生物世界中找到解决方案。

   于是,越来越多的菌种被发现并唤醒后应用于人们生活。和其他知识产权专利不同,微生物是唯一一种可通过专利保护的生命形式,过去几年间,我国专利微生物年保藏量增长速度一直位居世界第一。

   在保藏中心工作了20年的辛玉华坦言,自2000年以来硬件设施得到极大改善,如今这里拥有了全世界一流的实验设备。但记者在实验室看到,像氨基酸分析仪、λ35紫外可见分光光度计及PTP1温控系统、Qpix2全自动菌落挑取系统、变性高效液相色谱仪等必备高端设备,均产自德国、美国、日本;而国产的仅有普通冰箱、电磁炉、色谱仪等低端设备。

   “硬件设施和保藏技术都是国际先进,和国外的差距是菌种种类的多样性还不够丰富。”辛玉华介绍,美国典型菌种保藏中心为纯商业机构,菌种保藏的较全面、应用型也更强;德国微生物菌种保藏中心是欧洲规模最大的生物资源中心,细菌菌种保存见长;而半政府性质的荷兰微生物菌种保藏中心,真菌菌种最为齐全。

   “保藏中心一方面通过各种途径广泛收集新物种及新用途菌株,另一方面也与国外一流的菌保中心互相交换菌种,进而补充丰富菌种种类。”辛玉华说,此前世界微生物数据中心发表了全球微生物资源数据共享北京宣言,倡导重大微生物信息化国际合作计划,推动全球微生物资源信息化建设迈向新高度。

 

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