宏基因组如何指导微生物分离培养

近日，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所奶产品质量与风险评估科技创新团队受邀撰写综述文章，阐述了宏基因组指导未培养微生物分离培养的机遇与挑战，系统总结了基于宏基因组分离培养未培养微生物的方法。相关综述文章发表在《微生物》（Microbiome）。

随着宏基因组测序技术快速发展，人们逐渐认识到环境、人体和动物等存在大量多样的未培养微生物群落，并在地球生态系统中扮演着重要角色。尽管宏基因组数据加深了对未培养微生物群落结构和功能的认识，但由于缺乏未培养微生物菌株的分离，导致无法直接评估未培养微生物的代谢和生理功能，也不能验证微生物物种间的相互作用等。

因此，分离培养未培养微生物，对带动微生物组研究进入深水区，推动生物及健康产业发展具有重要意义。当前，宏基因组数据井喷式爆发，尤其是宏基因组组装的基因组（MAG）提供了未培养微生物基因组信息，为指导靶标未培养微生物的分离和培养带来了新的机遇。

该综述归纳提出三种基于宏基因组数据分离和培养未培养微生物的方法。

一是特定培养条件的设计。根据宏基因组数据提供的微生物代谢、底物利用、氧需求、抗生素耐药性等信息，结合平板稀释培养、稳定性同位素标记辅助拉曼活性微生物细胞分选等实现靶标微生物分离培养。

二是特异性抗体捕获分离。预测靶标微生物基因编码的膜蛋白或抗原表位，合成抗原蛋白后制备特异性抗体并进行荧光标记，被标记的抗体与靶标微生物结合，利用荧光细胞分选技术分离被标记的靶标微生物。

三是靶向功能基因筛选分离。基于靶标基因序列设计特定引物或探针，通过PCR或荧光原位杂交进行标记或筛选，利用细胞分选获得靶标细胞，结合相应的抗生素或底物培养基，实现靶标微生物的分离。

该研究得到中国农业科学院农业科技创新工程和现代农业产业技术研究体系等资助。