微生物资源分子鉴定技术的研究进展如何？

作者：张馨予

本文来自微信公众号：中国工程院院刊（ID：CAE-Engineering），作者：张羽、马爱进、高利芬、彭海、贾英民、孙宝国，本文选自中国工程院院刊《中国工程科学》2021年第5期，头图来自：视觉中国

微生物作为全世界分布最广且拥有量最多的生物资源，应用领域广泛，具有突出的经济价值和社会价值。随着医学微生物学研究技术和交叉学科的发展，新的微生物检测技术不断出现。目前，新的微生物检测技术已深入到分子水平、基因水平的检测，包括核酸杂交技术、核酸扩增技术、脱氧核糖核酸（DNA）指纹图谱技术、基因芯片技术和高通量测序技术等。

中国工程院孙宝国院士科研团队在中国工程院院刊《中国工程科学》2021年第5期撰文，总结了国内外微生物资源分子鉴定技术的发展及其应用情况，主要有脱氧核糖核酸（DNA）含量测定、核酸杂交技术、DNA 指纹图谱技术、核酸扩增技术、基因芯片技术和高通量测序技术等；梳理了现有微生物资源分子鉴定技术的优缺点；分析了微生物资源分子鉴定技术存在的问题，如依赖于实验室环境，实验结果的重现性、准确性不足，缺乏相应的微生物数据库。为促进我国微生物资源的保护和利用，研究建议，要继续加强对各鉴定技术的研究，建立具有自主知识产权的微生物资源鉴定平台，完善微生物资源数据库等。

一、前言

微生物无处不在，与人类的生存、生产和生活息息相关。微生物用途广泛，可用于生产如奶酪、酒、酸奶、面包、馒头等食品，也可用于净化水源、吸附重金属等领域，人体内的肠道微生物可助力食物的降解和吸收。微生物的存在链接了自然秩序和人类生活的方方面面，微生物与人类健康密切相关，多数微生物是无害的，能与寄主和平共存。

微生物中对人、动物、植物产生危害或致病的一类微生物，统称为病原微生物。病原微生物会引发寄主感染、过敏、肿瘤、痴呆甚至死亡，也是危害食品安全的主要因素之一。近年来出现的严重急性呼吸综合征（SARS）、高致病性禽流感、西尼罗病毒感染、新型冠状病毒肺炎等疾病传染性强、对人体危害极大，为保障人类身体健康、食品安全和粮食安全，需要对医学、环境、农业、食品等领域中的微生物进行快速、精准、灵敏的检测以及准确的分型。

传统的微生物检验包括菌落形态、生理生化指标、血清型检测等常见致病菌检验流程，具有技术成熟、设备简单等优点，是目前食品卫生监管机构采用的主流检测方法；然而实验操作时存在步骤繁琐、耗时、灵敏度低等问题，致使得出的检测结果缺乏充分的说服力。

随着医学微生物学研究技术和交叉学科的发展，新的微生物检测技术不断出现，克服了传统方法在检测和鉴定微生物方面的一个或多个局限性。目前，新的微生物检测技术已深入到分子水平、基因水平的检测，包括核酸杂交技术、核酸扩增技术、脱氧核糖核酸（DNA）指纹图谱技术、基因芯片技术和高通量测序技术等。

随着技术及自动化设备的发展，显著提升了微生物检测的快速性、敏感性、特异性和适用性。同时，也应看到，每种微生物检测方法都有其自身的优点以及在耗时、灵敏度、稳定性、实验环境等方面存在一个方面或多个方面的局限性。针对于此，本文着重梳理微生物资源分子鉴定方法的发展进展和应用态势，分析存在的问题，提出我国微生物资源分子鉴定方法的发展建议，以期为相关研发布局和管理政策研究提供基础性参考。

二、微生物资源分子鉴定方法概述

微生物的群体特性对微生物检测技术提出了挑战，不仅要能检测出微生物，还要检测出微生物的变异情况，及时对微生物进行分型。微生物资源的分子鉴定是指利用微生物在长期进化过程中保留下来的保守基因组序列及其细微变化与规律，进而对自然界中微生物资源的生物学进化多样性进行分类和定位。分子鉴定已成为微生物资源鉴定中必备的分类信息，同时也是进行微生物资源快捷鉴定的重要方法。

常见的分子鉴定技术包括以下几种技术。

（一）DNA 含量测定

遗传物质 DNA 的特异性是由常见的 4 种碱基腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）的排列和含量所决定的。不同生物的 DNA 含量测定通常用 DNA 中（G+C）的含量摩尔分数值表示，因其具有种特异性且不受菌龄及外界因素影响，成为细菌分类和菌种鉴定的重要指标。不同微生物 DNA 的（G+C）含量变化范围比较广，但同种微生物的（G+C）含量仅在 3%~5% 区间波动。