合成微生物群落的构建与应用

自然界中微生物群落的生态网络结构非常复杂,并且难以进行可重复、可控的扰动实验.在实验室里通过"自下而上"的方式构建起来的合成群落具有适中的复杂度和较高的可控性,可以作为数学模型和复杂生态系统研究之间的桥梁.合成微生物群落的研究方法遵循"设计-构建-测试-学习"为核心的合成生物学理念,以人工设计和构建的群落为实验对象,结合定量模型和基因组测序等组学技术,探索微生物生态学的基本规律.在应用方面,基于合成群落的研究对于如何控制和改造复杂的微生物生态系统具有重要的指导意义,目标是通过构建具有可控功能和稳定性的微生物群落来解决人体健康、农业和工业生产、环境治理等重要问题.     

珍稀物种失而复现

随着地球环境遭受到越来越严重的破坏．不少生物学家认为地球已经进入了第六次生物大灭绝时期。据统计，目前全世界每天有75个物种灭绝，每小时大约有3个物种灭绝。然而，生物学家发现，这种灭绝现象也有例外，有些在几十年前已经宣告灭绝的物种在野外又被人们重新发现了。生命的顽强有时候超出我们的想象，这些失而复现的动物就是很好的例证。     

无处不在的生物膜

微生物学正在经历一个转弯：对微生物群落的新的认识可能引发一场革命；如果我们成功地控制住细菌的感染，将会绐医药、工业、生态学和农业带来新的发展契机——     

生物大灭绝与臭氧层变薄

2．52亿年前的二叠纪生物大灭绝导致了90％的海洋生物灭绝，陆地生物也有70％以上毁灭。陆地上原本繁盛的两生类、爬行类动物和昆虫等几乎消失得一干二净，海洋中无脊椎动物和珊瑚等生物更是损失惨重。即使在白垩纪（约1.5亿年前）末期的恐龙灭绝，其毁灭规模也只有二叠纪末期生物大灭绝的1／3。     

新灭绝时代已经到来

目前。全球生物灭绝的速率是无人干扰情况下的1000倍。科学家的评估分析表明，地球的第六次生物大灭绝已经来袭。这次大灭绝的罪魁祸首既不是小行星．也不是火山，而是我们人类。     

冬眠可让濒危动物远离灭绝

有动物学家早就警告说，世界上每天有一个生物物种消失。本世纪内,将有10%的现存动物物种永远绝迹于地球。单是哺乳动物，大约每10年会有一个“种类”灭绝。难道濒危动物就永远消逝于地球吗？科学家们想出种种高招妙法，采用高新技术保存濒危动物。     

秸秆混菌厌氧链延长生产中链脂肪酸:pH调控作用

混菌发酵系统中微生物菌群和代谢路径有效调控是制取中链脂肪酸的关键.本研究以厌氧发酵重要参数pH为调控因子,考察pH对秸秆初次和二次厌氧发酵中有机酸生成的影响规律,并采用16S rRNA高通量测序分析微生物群落变化,解析pH调控与产酸性能和微生物群落之间的关系.结果表明, pH调控对秸秆初次发酵产酸性能有显著影响,酸性和中性条件有利于链延长反应,产物以丁酸和己酸为主(80%以上).然而,碱性条件严重抑制链延长反应,产物以乙酸(93.2%)和丙酸(5.5%)为主,无己酸生成.二次发酵结果表明,在酸性条件下(pH 5.6)二次发酵链延长无法进行,而pH从5.6调至7.0后,己酸浓度从1.88 g/L快速升高到11.8 g/L.微生物群落分析表明,链延长直接相关的菌属,如Clostridium Ⅳ, Clostridium Ⅺ, Clostridium ⅪVa, Clostridium ⅪVb, Clostridium XⅧ和Clostridium sensu stricto等,在中性和酸性条件下的丰度显著高于碱性条件.另外,二次发酵中pH调节并未显著改变链延长相关菌群的丰度,表明链延长微生物活性恢复是产己酸的诱因.本研究发现可为混菌发酵体系内复杂微生物群落的定向调控生产中链脂肪酸提供借鉴.     

抗生素耐药性的微生物调控:原生生物对细菌抗生素耐药性的影响

抗生素耐药性在环境中的存在、进化和传播对人类健康构成了全球性的威胁.随着抗生素的使用,我们对人类影响的生态系统中抗生素耐药性的了解正在迅速加深.然而,在人类干扰有限的自然生态系统中,微生物的相互作用作为抗生素耐药性进化的主要驱动因素在很大程度上仍被忽视.本文首先综述了抗生素耐药性的起源、进化和传播,指出前抗生素时代细菌耐药性进化的主要动力是微生物之间对资源的竞争,而抗生素时代人类活动向环境中施加的高浓度的抗生素则成为细菌耐药性进化的主要动力.然后在个体水平分别梳理了自养型原生生物和吞噬型原生生物在调控细菌耐药性方面的重要作用.并且指出由于方法上的局限性,目前在群落水平的研究相对缓慢,了解原生生物在微生物食物网中的地位和影响原生生物群落分布的因素则有利于我们解析其中的机制.最后对利用原生生物遏制抗生素耐药性带来的危害进行了展望,以期为缓解抗生素耐药性并控制其在环境中的传播提供科学依据.     

地球深陷物种大灭绝周期

地球在遥远的过去发生过多次物种大灭绝，这种灭绝一次次地将地球生物推向绝境。科学家发现，物种灭绝并不是源于什么突发事件，而是有规律可循的。而目前地球正处在物种大灭绝周期。英国《自然》杂志发表文章，阐述了地球物种大灭绝的周期性。科学家发现当今地球正处在物种大灭绝周期——地球生物随时可能再经历一次物种大灭绝。     

人类母乳微生物菌群的生态学分析

母乳是婴儿最健康、理想的营养来源,也是人类进化和文明最重要的特征之一.最新的宏基因组学研究表明母乳含有高达数百种细菌,而且包括一些常见的病原菌.母乳微生物菌群是人类与微生物协同进化相互适应的产物,而"微生物群落-宿主"生态系统的动态平衡则应是保持健康母乳的基础.然而,迄今为止,从生态学角度对母乳微生物菌群的研究近乎空白.本文应用宏观生态学中的"中性"理论和Taylor幂法则分析探讨了母乳菌群群落多样性的进化和维持机制、细菌种间相互作用的机制以及由此产生的细菌种群分布格局.两项理论模型分析交叉验证了母乳微生物群落分布的异质性和非随机性特征,预示了群落中物种间存在一定程度的生态位分化以及占主导作用的优势物种.     

生物灭绝缘于气候变化

一项新的研究报告认为,2600万年前的生物大灭绝原因是气候变化,而不是小行星撞地球所致。经过多年的研究,几个古生物学家小组得出结论:二叠纪末至三叠纪初,90%的海洋生物和75%的陆地生物灭绝的原因是大气温度升高,罪魁祸首则是火山喷发引起的温室效应。研究人员指出,到目前为止     

科学拥抱多样性

<正>在生态学领域,生物多样性与生态系统功能的关系无疑是一个重大课题,尤其是作为人类生存与发展的基础,生物多样性正在丧失的当下。21世纪兴起的微生物组学又为生态学研究提供了新的落脚点,尽管有科学家对此颇有微词,认为存在过度炒作的嫌疑。人体内的微生物群落事关人类的健康和生存,因此人类微生物组计划仍需从多样性和整个生态系统出发,积极破解生命的规则。在科学研究的生态系统中,多样性同样值得关注。本期"科学与     

恐龙灭绝之前的物种大灭绝

6500万年前发生在地球上的大规模灭绝被广泛认为是恐龙灭绝。但华盛顿大学的新研究表明,在恐龙灭绝之前不久的短暂时期里,还存在一个由于火山喷发引起全球变暖,从而造成了海底生物的灭绝。     

珠穆朗玛峰地区东绒布冰川冰雪微生物群落及其季节变化

通过流式细胞计数和构建环境样品16S rRNA基因的克隆文库,分析了珠穆朗玛峰地区东绒布冰川冰雪微生物数量和菌群结构特征及其与季节变化的关系。珠峰地区冰雪微生物的16S rRNA基因序列分属于α、β、γ-变形菌纲,放线菌门,厚壁菌门,CFB, 蓝细菌, 真核质体,待定门TM7共 9大类,以γ-变形菌纲为主要类群,其中Acinetobacter和 Leclercia属是整个菌群中的优势属。微生物的数量和菌群结构具有明显的季节特征,夏季微生物的数量高于冬季;菌群结构具有一些共有属种的同时,在夏、冬季雪中具有各自特有的属种,共有属种推测是青藏高原局地源的微生物,序列同源性分析结果表明夏季较多细菌属种与海洋环境相关,冬季细菌则具有更强的耐冷性。微生物明显的季节变化可能是受珠峰地区夏季和冬季不同水汽来源的影响。     

恐龙灭绝陨星不是元凶

一个国际科学家小组的研究表明，尤卡坦半岛陨星撞击事件早于恐龙灭绝30万年前就发生了，根本不能构成恐龙灭绝的原因。自从上世纪80年代墨西哥尤卡坦半岛希克苏鲁伯陨石坑被发现以来，科学家们一直相信它就是6500万年前的一次陨星撞击地球后留下的，并相信这次撞击导致了恐龙灭绝。     

二叠纪大灭绝原因成谜

在大约2．51亿年前的二叠纪末期。地球上曾经发生过一次物种大灭绝，当时海洋中大约90％、陆地上大约70％的物种消失殆尽。这究竟是为什么呢？科学家们曾经推测的原因是：当时，全球气候严重变暖，大气中二氧化碳的含量比现在高得多，因此海洋循环非常缓慢，海水极度缺氧；在这种情况下，海洋微生物只好代谢硫，而产生的硫化氢气体在海水中累积并最终进入大气层，     

重返侏罗纪

灭绝的动物真会在地球上永远消失吗？也许若干年后，科学家们就能依赖现代生物技术的神厅，恐龙和其他早已灭绝的动物重新出现在地球上，至那时或许我们真的能看到电影《侏罗纪公园》里面的景象，这绝非天方夜谭，对于面临灭绝或已经灭绝的野生动物，目前就有不少生物学家家正在从事保护和使它们再生的种科研究。英国《每日电讯》前不久报导，美国科学家已经用沉睡塘底：300年的桡足动物的卵、成功地孵出了桡足动物的幼虫，这些虫卵属桡足亚纲，孵化出的幼虫呈水滴状，其表面长满了触须和进食、游动器官科学害利用放射性同位素法对虫卵所在…     

恐龙灭绝之谜猜想

地球历史上的中生代曾经生息过种类繁多的爬行动物一恐龙。已经发现的恐龙化石达300多种,这样一个主宰地球1.6亿年之久的庞大动物类群在白垩纪末期却突然惨遭覆灭,写下了生物史上令人费解的一章。到目前,各种有关恐龙灭绝原因的解释均不能自圆其说,其中美国物理学家路易·阿尔瓦雷兹提出的小行星撞击地球的假说近来倍受各方关注。他在研究意大利古比奥地区白垩纪末期地层中的粘土层时发现微量元素——铱的含量比其他时期岩层中陡然增多30～160倍,之后人们从全球多处地点取     

全氟和多氟烷基物质与微生物相互作用的研究进展

近年来,全氟和多氟烷基物质(per-and polyfluoroalkyl substances, PFASs)污染已成为全球性环境问题. PFASs的生产和使用导致其通过多种途径进入并持久存在于环境中.一方面, PFASs会对环境中的微生物产生毒性效应,主要毒性机制包括:增加膜透性、引起氧化应激和诱导DNA损伤,从而使得对PFASs较为敏感的微生物活性降低甚至生长受到抑制.长期作用下, PFASs可以改变微生物群落的组成和结构,并且还有基于微生物的食物链传递风险.另一方面,微生物及其胞外分泌物所形成的生物被膜可以吸附环境中的PFASs,并利用自身分泌的胞外酶(如CSO₃^-键裂解酶、磷酸酯酶和聚氨酯酶),通过铁氨氧化、脱硫和水解等反应转化或降解PFASs.因此,本文系统阐述PFASs与环境微生物的相互作用,重点总结PFASs对细菌的细胞毒性;分析PFASs对环境(土壤、淡水、海洋)微生物群落组成、结构及生态系统物质循环的影响;深入讨论PFASs的微生物转化/降解途径;并结合存在的问题及挑战(如PFASs通过细菌进入食物链、PFASs对微生物群...     

生物多样性的丧失和保护

物种丧失 数百年来,物种、种群（包括作物、家畜和家禽品种）以及自然生境的丧失过程都在明显加速。 一般认为,生物多样性包括物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性。因为遗传多样性实际上包含在物种个体之中,故此处只谈物种和生态系统水平上的多样性。 生物物种的灭绝是自然过程,但灭绝的速度由于人类活动对地球的影响而大大加速。有些科学家估计,自１６００年以来,人类活动已经导致７５％的物种灭绝。众所皆知的渡渡乌、毛象、塔斯马尼亚狼和恐鸟都是由于人类捕猎而灭亡的。有些种因被过度商业利用而处于灭绝的边缘。如在肯尼亚…