2015年度“微生物學(xué)前沿”信息

2015年度“微生物學(xué)前沿”信息

2015年12月18日下午，上海市微生物學(xué)會在科學(xué)會堂思南樓902室，召開了“微生物學(xué)前沿”學(xué)術(shù)交流會暨全體理事會。29位理事出席了會議。

會議由理事長戚中田教授主持。會議有二個議程，第一邀請了戚中田、姜衛(wèi)紅、郭曉奎、袁正宏、覃重軍、莊英萍(代表)、瞿滌、張曉君、李曉虹、陳蘭明、潘煒華、倪語星、胡海峰等13位專家作本學(xué)科有關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外進展的信息發(fā)布；第二由副理事長鐘江教授代表學(xué)會匯報了2015年學(xué)會的工作情況，秘書長郭曉奎教授介紹了學(xué)會2016年的工作設(shè)想和計劃安排；學(xué)會下屬10個專業(yè)委員會負(fù)責(zé)人也分別總結(jié)了2015年度的工作，介紹了專業(yè)委員會2016年工作計劃。

交流會上專家們介紹了各自研究領(lǐng)域的最新進展及其深遠意義，與會專家圍繞熱點課題，結(jié)合學(xué)會工作如何應(yīng)對進行了探討。高密度、高信息量的內(nèi)容使參會的各位理事獲益良多。為了增進橫向聯(lián)系，加強學(xué)術(shù)交流，現(xiàn)將以下部分信息通過《工業(yè)微生物》雜志這個平臺與大家共同探討和分享。

功能獲得性微生物

功能獲得性微生物是最近2-3年學(xué)界的一個新提法，特指一類由基因改變導(dǎo)致重要功能改變的新的微生物。這種基因改變可以源于基因重組或基因重配，也可源于自然進化或人工合成。而有意義的功能改變就是所謂的 aTRIP：可以表現(xiàn)為傳播途徑或宿主范圍改變，也可表現(xiàn)為抵抗力、耐藥性、感染性、免疫性或致病性改變。自然界和人類對這類功能獲得性新型微生物普遍缺乏免疫力和特異防治藥物，如果它們被自然選擇或人工選擇出來，形成所謂的PPP (Pathogens with Pandemic Potential), 就極有可能成為潛在的新發(fā)傳染病病原體。對功能獲得性微生物的研究目前存在爭議，有關(guān)超級細(xì)菌、大腸桿菌O104∶H4、重組鼠痘病毒、合成脊灰病毒以及H5N1和H7N9禽流感病毒等都是具有代表性的功能獲得性微生物。(戚中田)

從分子調(diào)控元件到生物制造

伴隨著微生物系統(tǒng)生物學(xué)與合成生物學(xué)的發(fā)展，大量天然或人工分子調(diào)控元件被挖掘和鑒定。這些元件為燃料、化學(xué)品及天然藥物等生物制造過程的優(yōu)化提供了有效的工具。從少數(shù)位點的遺傳修飾到組學(xué)水平的全局?jǐn)_動，從代謝途徑的靜態(tài)優(yōu)化到動態(tài)響應(yīng)調(diào)控，越來越多更精細(xì)、通量更高的分子調(diào)控策略被開發(fā)，用以構(gòu)建更加優(yōu)良的微生物細(xì)胞工廠。一方面，全局?jǐn)_動可更廣泛地對底盤菌進行遺傳改造，如全局轉(zhuǎn)錄工程(gTME，)和sRNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等。另一方面，DNA元件庫與高效組裝方法的建立，以及利用產(chǎn)物積累量動態(tài)調(diào)控的模式，可快速實現(xiàn)途徑最優(yōu)的代謝流平衡，促進目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量的最大化。未來，新穎的分子調(diào)控元件將繼續(xù)被發(fā)現(xiàn)，從而為生物制造領(lǐng)域提供更多新工具和新方法。(姜衛(wèi)紅)

微生物群與健康

微生物群(microbiota)是存在于機體體表以及與外界相通的腔道粘膜上的微生物總和，細(xì)菌、真菌、古細(xì)菌、病毒均參與了其構(gòu)成。微生物群的數(shù)量、種類、分布與人類的年齡、性別、飲食、藥物、感染等相關(guān)。微生物群與人體是一種互利共生的關(guān)系，參與人體的代謝，例如降解、利用飲食中的多糖和含氮化合物，參與藥物代謝反應(yīng)并影響藥效；參與免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)；最近的研究表明，微生物群還參與了免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育。微生物群的失調(diào)與多個系統(tǒng)疾病相關(guān)，包括消化系統(tǒng)疾病如腸易激綜合征，炎癥腸病等；免疫系統(tǒng)疾病如過敏，哮喘，多發(fā)性硬化等；代謝與內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病如肥胖，糖尿病等；神經(jīng)精神疾病如抑郁癥，自閉癥等。(郭曉奎)

乙型肝炎病毒治愈問題及

新型抗病毒策略研究

乙型肝炎病毒(Hepatitis B Virus, HBV)是一種嚴(yán)重危害人民健康的病原體，可致急、慢性乙型肝炎，并與肝硬化、肝細(xì)胞癌等肝臟疾病的發(fā)生相關(guān)。最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，全球約有2.4億人慢性感染有HBV。當(dāng)前臨床上治療慢乙肝的藥物主要包括核苷類藥物及 干擾素兩大類，其主要起到抑制HBV復(fù)制以減輕或延緩HBV慢性感染所導(dǎo)致的肝臟免疫病理損傷、降低相關(guān)肝臟疾病發(fā)生風(fēng)險的作用，但尚無法有效根治慢乙肝。

作為一種基因組全長僅3.2kb的嗜肝DNA病毒，HBV有著高效獨特的復(fù)制生存方式。從生物學(xué)角度看，其主要呈現(xiàn)有兩大特征：第一，HBV感染細(xì)胞后會形成特殊的共價閉合環(huán)狀DNA(cccDNA)，cccDNA是病毒DNA-RNA-DNA式轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的模板，可長期穩(wěn)定存在于宿主細(xì)胞核中，在HBV慢性感染與停藥后再發(fā)過程中扮演關(guān)鍵角色；第二，感染有HBV的肝細(xì)胞除可產(chǎn)生感染性病毒顆粒外，還可同時產(chǎn)生分泌大量病毒蛋白進入血液循環(huán)系統(tǒng)，包括乙肝表面抗原(HBsAg)和e抗原(HBeAg)，它們是HBV感染的標(biāo)志，并具有免疫調(diào)節(jié)功能、引起免疫耐受或損傷,在形成和維持HBV持續(xù)感染中發(fā)揮重要作用。然而，當(dāng)前臨床治療手段中,核苷類藥物靶向病毒DNA合成，對cccDNA無直接影響，且存在需終身治療、耐藥性等問題； 干擾素雖在體內(nèi)外模型中被發(fā)現(xiàn)可多環(huán)節(jié)抑制HBV復(fù)制并具免疫調(diào)節(jié)功能，但在臨床使用過程中僅在約三成慢乙肝患者中表現(xiàn)有較好的抑制HBV復(fù)制效應(yīng)，且副作用較大；另外，無論是采用核苷類藥物還是 干擾素，HBsAg清除及特異性抗體的產(chǎn)生僅發(fā)生在極小比例病人體內(nèi)。

隨著人們對HBV生物學(xué)和宿主抗HBV免疫機制認(rèn)識的不斷深入，近年來已研究提出了許多新型抗HBV策略，其主要可分為靶向病毒和針對宿主免疫兩大類。其中，靶向病毒的策略可進一步分為抑制HBV入胞(如Myrcludex-B)，干擾cccDNA形成和轉(zhuǎn)錄功能(如磺酰胺衍生物、組蛋白表觀修飾調(diào)節(jié)劑)，促進cccDNA降解(如APOBEC3家族蛋白、淋巴毒素 受體激動劑、靶向核酶)，干擾核衣殼裝配(各種Core蛋白小分子抑制劑，如NVR3-778)，干擾病毒聚合酶功能(如HAPs，RH抑制劑)，抑制HBsAg釋放(如REP 9AC，糖苷酶抑制劑)，干擾病毒RNA穩(wěn)定性(如ARC-520)等；針對宿主免疫的策略則包括增強宿主抗病毒天然免疫(如TLR3、TLR7配體，IL-12)，調(diào)節(jié)宿主抗病毒適應(yīng)性免疫(如阻斷PD1-PDL1相互作用)、cIAP抑制劑等。宗旨是阻止新的感染及清除既有病毒和病毒產(chǎn)物，激活宿主自身抗病毒免疫應(yīng)答。這些策略部分尚在臨床前研究階段、部分已進入I、II期臨床試驗，為治愈乙肝提供了新的希望。

今年12月6-10日在夏威夷召開的HEP DART大會匯集了世界各地的肝病專家和研究人員，圍繞乙肝病毒及其感染最新的研究進行了回顧和集體討論，以找出乙型肝炎的治愈方法。往屆HepDart會議，幾乎都沒有討論新的乙肝治療。但今年，有超過五家公司展示了新型乙肝藥物的研究結(jié)果。如Arrowhead公司的降乙型肝炎表面抗原(HBsAg)藥物(ARC 520)的最新研究進展顯示：在首次使用該類藥物時單次注射siRNA，可以將HBeAg陽性患者的HBsAg水平降低10倍。Novira公司的口服藥物是一類capisd抑制劑，在初期人體試驗中顯示能夠?qū)⑿〔糠只颊叩腍BV DNA水平降低高達100倍。

鑒于已有臨床證據(jù)表明相較單獨使用核苷類藥物或 干擾素，聯(lián)合使用兩者有助于提高治療應(yīng)答率及降低cccDNA，組合采用針對HBV復(fù)制各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的抗病毒策略及免疫調(diào)節(jié)策略，將可能有效提升綜合抗病毒效應(yīng),抗病毒藥物和免疫調(diào)節(jié)劑(增強免疫系統(tǒng))聯(lián)合使用將最有可能實現(xiàn)治愈。然而，如何聯(lián)合各種抗病毒方法以使之最大程度發(fā)揮出協(xié)同效應(yīng)，以最終實現(xiàn)慢乙肝治愈這一終極目標(biāo)(即HBsAg清除、cccDNA消失、停藥后不再復(fù)發(fā))仍有待進一步的探索和研究。(袁正宏)

分析、合成與構(gòu)建

最小微生物基因組

隨著大量微生物基因組測序工作的完成，人們開始從幾個方面分析“最小微生物基因組”，包括天然進化的微生物小基因組(如580 kb的人類生殖道支原體)，生物信息學(xué)理論推測(至少150個基因)，以及基因組系統(tǒng)試驗(如大腸桿菌最小基因組約有300個基因)。發(fā)展了DNA合成、大片段拼接和基因組移植技術(shù)，“自下而上”人工全合成與表達了1.08 Mbp的絲狀支原體基因組。發(fā)展了基因組精確敲除技術(shù)，在一些模式微生物和有工業(yè)應(yīng)用價值的微生物基因組中進行了“自上而下”非生長必需基因的刪減，如大腸桿菌基因組從4.6 Mbp減小至2.89 Mbp。這些工作推動了新一代的微生物基因組操作技術(shù)的發(fā)展，為深入理解微生物基因組的生物學(xué)功能，以及構(gòu)建具有強大應(yīng)用功能的簡小基因組奠定了基礎(chǔ)。(覃重軍，薛小莉)

黑曲霉組學(xué)研究進展及

過程研究結(jié)合前瞻

黑曲霉(Aspergillusniger)作為重要的工業(yè)發(fā)酵菌株，被廣泛用于多種有機酸和工業(yè)用酶的生產(chǎn)。隨著組學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和成熟，黑曲霉的基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組等組學(xué)數(shù)據(jù)不斷增長，宣告著黑曲霉生物過程研究大數(shù)據(jù)時代的到來。從單一組學(xué)的數(shù)據(jù)分析、多組學(xué)的比較到以基因組代謝網(wǎng)絡(luò)模型為中心的多組學(xué)整合研究使人們對黑曲霉高效生產(chǎn)機制的理解不斷深入和系統(tǒng)，這為通過遺傳改造和過程調(diào)控對菌株的生產(chǎn)性能進行理性的全局優(yōu)化提供了可能。文中回顧和總結(jié)了近年來黑曲霉的組學(xué)研究進展，并提出黑曲霉組學(xué)研究未來與過程優(yōu)化相結(jié)合的發(fā)展方向。(隋雨菲，歐陽立明，魯洪中，莊英萍，張嗣良)

微生物組研究——微生物學(xué)

發(fā)展的新引擎

2015年也許是近半個世紀(jì)來微生物學(xué)史上最值得濃墨重彩的時刻。日本微生物學(xué)家大村智成為2015年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎獲得者之一；美國總統(tǒng)科學(xué)與技術(shù)政策辦公室OPST發(fā)布“整合微生物組計劃”藍圖設(shè)想；英國自然出版集團推出Nature Microbiology新雜志，全方位聚焦微生物研究；2015年10月底短短8天之內(nèi)，國際頂級刊物《自然》、《科學(xué)》、《細(xì)胞》針對微生物研究，發(fā)表10篇相關(guān)研究與評述。

微生物在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、能源、氣候變化、環(huán)境和生態(tài)等方面的重要作用已成為學(xué)術(shù)界的廣泛共識，其功能利用也隨著技術(shù)的不斷進步逐漸成為現(xiàn)實。未來環(huán)境微生物的重大發(fā)現(xiàn)極可能孕育著21世紀(jì)社會發(fā)展新革命。2008年三位美國科學(xué)院院士聯(lián)合撰文，強調(diào)微生物是地球生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵發(fā)動機引擎；同年，美國國立衛(wèi)生研究院投資1.15億美元，啟動了人類微生物組5年研究計劃；自2010年以來，英國、法國、澳大利亞等西方發(fā)達國家相繼啟動了一系列的地球微生物研究計劃。 2013年美國政府出版了《微生物養(yǎng)活世界》一書，強調(diào)通過調(diào)控土壤微生物區(qū)系能夠增加20%的作物產(chǎn)量，減少20%的化肥與殺蟲劑，是未來環(huán)境友好、經(jīng)濟可行的綠色農(nóng)業(yè)新出路。(張曉君)

獸醫(yī)微生物研究進展

獸醫(yī)微生物學(xué)主要研究病原微生物的特征及其與動物疾病之間的關(guān)系，并應(yīng)用微生物學(xué)、分子生物學(xué)和免疫學(xué)知識與技術(shù)來診斷和防治動物疫病以及人獸共患病，在保障畜牧生產(chǎn)發(fā)展、動物源性食品安全和人類健康方面起著重要作用。近20年來，伴隨著分子和細(xì)胞生物學(xué)理論和技術(shù)的飛速發(fā)展，獸醫(yī)微生物學(xué)在基礎(chǔ)研究、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用方面均取得了重要進展。特別是在病原微生物研究、微生物功能基因及蛋白組學(xué)研究、病原微生物致病機制研究、微生物檢測技術(shù)研究、有益微生物的研究與利用等方面取得了長足進展。

獸醫(yī)微生物鑒定與監(jiān)測技術(shù)不斷完善，限制性片段長度多態(tài)性、脈沖場凝膠電泳(PFGE)、多位點序列分析等均得到了廣泛應(yīng)用，其中PFGE已應(yīng)用于傳染病爆發(fā)流行監(jiān)測、傳染源的追溯、傳播鏈的確認(rèn)、新的流行菌株的發(fā)現(xiàn)和遺傳變異，在國內(nèi)外被廣泛用于很多菌種的分子流行病學(xué)研究中，被認(rèn)為是細(xì)菌分子分型的金標(biāo)準(zhǔn)。多位點序列測定(Multi-locus sequence typing,MLST)以多個管家基因(house-keeping genes)為靶基因測序，研究菌群基因結(jié)構(gòu)的一種分型技術(shù)，通過不同管家基因的分型來確定最終的序列型(Sequence Types, STs)，了解菌株的分型情況和與其他菌株間關(guān)系，該法具有分辨率高、序列數(shù)據(jù)明確可靠、數(shù)據(jù)重復(fù)性好、結(jié)果便于實驗室之間交流比較、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建和管理方便等優(yōu)點，適用于細(xì)菌疾病的暴發(fā)調(diào)查、菌株之間的相互關(guān)系和系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系研究以及種群生物學(xué)分析。

此外，快速、高通量檢測是獸醫(yī)微生物發(fā)展的方向，如全自動微生物檢測系統(tǒng)，8小時內(nèi)完成52個生化試驗，并自動判定結(jié)果；質(zhì)譜應(yīng)用于微生物的診斷中，龐大視為數(shù)據(jù)庫，快速的檢測，一次可同時檢測48個樣本，30分鐘內(nèi)完成，極大的提高了檢測速度。液相芯片系統(tǒng)通過微球原理可在4小時內(nèi)同時完成對500種微生物的鑒定。(李曉虹)

食品微生物學(xué)

民以食為天，食以安為先。進入21世紀(jì)以來,我國食品工業(yè)年均增長率超過20%,為同期GDP增長率的2倍，連續(xù)10余年居制造業(yè)首位，預(yù)計2015年我國食品工業(yè)總產(chǎn)值達到12.3萬億元。盡管我國食品工業(yè)發(fā)展成效顯著，但是食品安全事件時有發(fā)生，不僅給國民生命健康造成損失，而且給社會穩(wěn)定和行業(yè)健康發(fā)展帶來了負(fù)面影響。原料污染和食品造假是目前我國食品安全面臨的主要挑戰(zhàn)。其中，重大食源性致病菌的致病及傳播機制，食品生產(chǎn)、加工、儲存、運輸全程有害微生物的形成和控制技術(shù)，在線安全危害檢測技術(shù)和裝備，新技術(shù)、新工藝、新資源帶來的食品安全的新問題，以及食品安全風(fēng)險交流機制的完善等亟待食品微生物領(lǐng)域科技工作者努力探索和解決。食品安全研究涉及農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、公眾健康，醫(yī)藥及環(huán)境等領(lǐng)域，食品微生物專業(yè)委員將在上海市微生物學(xué)會領(lǐng)導(dǎo)下，團結(jié)上海市食品微生物領(lǐng)域廣大科技工作者，并與各相關(guān)專業(yè)委員會精誠合作，為上海市科技創(chuàng)新中心建設(shè)，以及保障國家食品安全、國民營養(yǎng)健康做出貢獻。(陳蘭明)

財富與健康

介紹財富與健康的定義、財富與健康之間關(guān)系，如何正確認(rèn)知健康、亞健康和疾病狀態(tài)之間關(guān)系，如何正確認(rèn)識藥品、保健品和食品之間關(guān)系，如何正確認(rèn)識中藥與西藥、中醫(yī)與西醫(yī)之間關(guān)系，介紹關(guān)注腸道健康的重要性，特別是益生菌在腸道健康發(fā)揮的重要作用和有益作用。對于人體第二基因組的重要性的認(rèn)識與關(guān)注，疾病的藥物治療與食療的不同功能及相互協(xié)同關(guān)系。希望每個人重視健康問題，增加健康知識，呵護好自己健康。(胡海峰)