科學研究：微生物星係的守衛者


微生物 圖片來源：pixabay
1986年，加拿大農業博物館的Yiu-Kwok Chan發現了一新的細菌菌種，並經由標準程序將該菌種儲存到了美國菌種保藏中心，這裏是科學家保藏新型菌株的倉庫。幾十年來，該新菌種一直保藏在這裏，而在2020年，康奈爾大學博士後研究員Roland Wilhelm發現該菌種和另一細菌種群十分相似。Wilhelm從美國菌種保藏中心取了一小瓶Chan發現的菌種樣本，借助更先進的DNA測序技術證實了1986年發現的菌種實際上是他目前正在研究的Paraburkholderia細菌的一種。如果沒有這一能將不同時代科學家聯係起來的細菌檔案庫，他就不可能有這一發現。
監測全球微生物的進化是一項艱巨的挑戰。微生物形成新物種的速度要比人類以及許多其他有性繁殖的動物更快，科學家們發現的微生物新物種數量在過去幾年一直在穩定增加。然而有些估計模型認為微生物滅絕速率十分接近於新物種形成的速率，許多曾經存在過的微生物族係已經滅絕了。眾所周知，微生物在營養物質循環、農業生產力和土壤健康、產生抗體和抗癌物質以及保護人類腸道健康和免疫係統方麵至關重要。然而現在我們仍然在不斷探索、學習微生物世界，這意味著微生物保藏變得更加重要。
菌種保藏能夠保留微生物多樣性，正如種子庫能夠保留植物基因多樣性一樣。世界微生物數據中心幾乎在世界各地都有微生物菌種保藏中心，總共包含超200萬種細菌、真菌以及病毒，然而這一數值也不過是地球巨大微生物種類數的一小部分。
微生物菌種保藏中心會接收來自世界各地的樣本，但有些地方要比其他地方產生更多的微生物。微生物資源保藏中心的職員Michael Ramm表示，該保藏中心會接收世界各地的菌種，但主要接收來自於亞洲國家的。有些國家和地區目前是微生物發現的熱點地區，並且有著大規模的隔離保藏活動。我們經常會聽到生物多樣性熱點地區一詞以及像是渡渡鳥滅絕那樣具有警告意味的故事，但是微生物保護並不是公眾常談論的話題之一。
我們忽略微生物保護的原因之一是大部分微生物都非人眼可見，而且很難生長在它們自然棲息地外，僅有不到2%的環境細菌能夠在實驗室裏進行培植，這就使得在微生物保藏及培養過程中，尋找到合適的營養、鹽分以及大氣條件十分艱難。科學家可能需要幾個月甚至幾年才能將微生物從它的生長環境中分離出來。


微生物難以用肉眼直接觀察 圖片來源：pixabay
研究人員需要像是全球菌種保藏中心這樣的倉庫來確保那些能夠進行人工培養的珍稀菌種得以長期保存。Kirk Broders是位於伊利諾州皮奧瑞亞的北方地區研究實驗室菌種保藏館的館長，他十分看好菌種收藏的潛力。“與來自於世界各地進行著有趣研究的研究員們聯係在一起，並為他們提供資源是我工作中最令人興奮的一部分，培養以及欣賞各種美麗多彩的真菌和細菌也能帶來最簡單的快樂。”
表麵上看，這些保藏中心就像是微生物博物館那樣將各個菌種分門別類，然而它們真正的價值在於它們所具有的科學潛力：下一個能治愈癌症的新抗生素，或者是能夠減少溫室氣體排放的微生物，可能就藏在這些小瓶子之中。英國國家典型菌種保藏所所長Sarah Alexander說：“在科學中，我們很難預測哪一種生物菌株會具有重大的臨床意義，如果科學家能夠把菌株保留起來，那麽它就可以被下一代科學家們使用，並且永遠不會丟失。”


小瓶之中暗藏解決問題的鑰匙 圖片來源：pixabay
菌種保藏能夠確保科學家們現在研究的菌株就是30年前研究中所使用的菌株，就像Wilhelm的事例那樣。因此，許多菌種保藏中心開始在官方接收提交菌種方麵實施更加嚴格的規定。在過去，隻要對菌種進行微觀檢查就足夠了，但是現在像是北方地區研究實驗室這樣的保藏中心開始要求額外采取一項安全措施以防止汙染：提交菌種的基因測序結果必須和科學家在實驗室中發現的相匹配。許多微生物的進化速度十分快，菌株隻要在實驗室裏呆幾個月，就有可能和最初發現的時候不一樣。一旦微生物學家能夠證實菌種的基因測序吻合，那麽該菌種就會被冷凍保藏，也就是使用超低溫或液態氮閃凍來進行長期儲存。
菌種保藏中心在幫助科學變得更加開放、更具合作性、產生更多成果方麵的重要性不言而喻。這些保藏中心保護著地球目前的微生物多樣性，還有可能掌握著解決許多全球性緊迫挑戰的微觀鑰匙。他們也是微生物世界的圖書館，每一株菌株都有自己獨一無二的故事。英國國家典型菌株保藏所首個分離的細菌來便是來自一位一戰士兵，該細菌目前被用於抗擊痢疾。Alexander認識到了菌株的曆史和發展前景。“維持、保護以及擴大這個包含6000多株來自於900個不同微生物種群的菌種保藏中心是一項優勢，菌種保藏中心是生物倉庫，我們可以借此來保存那些現在還存在的微生物菌種以確保他們能夠被用於研究。”
撰文：Janani Hariharan
翻譯：先雨
審校：殷姝雅
引進來源：科學美國人
本文來自：環球科學


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