生物信息技術(shù)在微生物研究中的應(yīng)用

蔣 昊

（永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 永州 425000）

隨著人們對生命科學(xué)的研究越來越重視，生物信息技術(shù)的探究領(lǐng)域也逐漸擴(kuò)大，這離不開人類對HGP的有效實施，促進(jìn)了生物技術(shù)的進(jìn)步。生物的研究領(lǐng)域十分廣泛，加上生物信息技術(shù)的進(jìn)步，自然界中的微生物研究也涉獵極廣。在微生物研究過程中，要注重微生物與環(huán)境的關(guān)系，在研究微生物變化過程的同時，以保護(hù)環(huán)境為首要準(zhǔn)則，共同促進(jìn)我國微生物研究技術(shù)的進(jìn)步，維護(hù)世界的和平發(fā)展以及環(huán)境衛(wèi)生。

1 生物信息技術(shù)的基本介紹

生物信息技術(shù)最初是以人類基因研究、生物學(xué)研究為基礎(chǔ)，以信息科學(xué)的滲透為目標(biāo)，逐漸發(fā)展成獨立且信息技術(shù)特征顯著的生物科學(xué)。“生物信息技術(shù)”是基于生物學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)等方面的一門課程，除了基本的生物特性認(rèn)識，還融合了現(xiàn)代科技對微生物進(jìn)行剖析，不僅加深了人類對自然界生命的認(rèn)識，還為現(xiàn)代新物種的生物信息解構(gòu)、基因突變提供了解決方案，融合現(xiàn)代計算機技術(shù)，深入探索了生命科學(xué)。生物信息技術(shù)為現(xiàn)代人類的生命安全以及多樣性微生物的研究作出了巨大貢獻(xiàn)。

2 生物信息技術(shù)對微生物的辨識

2.1 生物信息技術(shù)在微生物辨識中的應(yīng)用

現(xiàn)代科技對生物的研究更加精準(zhǔn)，在微生物的研究過程中，突破了傳統(tǒng)生物研究的桎梏，深入研究微生物從產(chǎn)生到強大的過程，并且對微生物的多樣性進(jìn)行了探究。生物信息技術(shù)通過數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，將復(fù)雜問題簡單化，探索多年以來人類研究微生物的盲區(qū)?？蒲腥藛T從最小的組織結(jié)構(gòu)開始（蛋白質(zhì)序列以及DNA序列）研究，通過精準(zhǔn)的基因分析來對微生物進(jìn)行辨別，再標(biāo)識。生物信息技術(shù)的重要性無處不在，對根際微生物培養(yǎng)的研究也很到位。近年來，我國對微生物的辨識發(fā)展較快，其中，通過生物信息技術(shù)對微生物進(jìn)行測序標(biāo)識的方法十分有效，彌補了我國傳統(tǒng)生物研究手段的粗糙?，F(xiàn)代生物信息科技的重要性在于能夠詳細(xì)分析微生物的生物特性，一般情況下，這種方法兼具靈便性以及高效性，是傳統(tǒng)研究方法不可比擬的。

在生物信息技術(shù)對微生物的研究過程中，例如lon AmpliSep采用靶向測序，科研人員通過這項技術(shù)，成功處理了獲取DNA測序困難的問題。根據(jù)AmpliSep技術(shù)以靶向測序，可以在FDPE、復(fù)雜的群體當(dāng)中提取DNA。AmpliSep只需少量樣本，就能進(jìn)行靶向測序，主要是因為AmpliSep Designer自定義組織Panel的特殊性能，在24 h內(nèi)就可以從Lon Chef和lon S5系統(tǒng)中得到測序結(jié)果，只需花費手動處理的45 min。

2.2 生物信息技術(shù)對致病因子的研究應(yīng)用

生物信息技術(shù)在對微生物進(jìn)行辨識的同時，也具有研究致病因子的功能。辨識微生物還能進(jìn)一步在混合的群體中精準(zhǔn)定位突變因子。例如2019-nCoV病毒，存在于人體內(nèi)部的相似性極高，同一病患以及不同病患的相似率都超過了99%，并且在發(fā)生感染傳播之后，病毒還帶有突變的可能性，只有及時監(jiān)控病患、隔離受眾，才能防止病患傳播感染。此時通過生物信息技術(shù)對微生物進(jìn)行序列測序，科研人員可通過熒光PCR法隔絕氣溶膠污染，為保障醫(yī)護(hù)人員的健康作出貢獻(xiàn)。

3 生物信息技術(shù)處理微生物溯源中的研究應(yīng)用

3.1 創(chuàng)造微生物良好的生存環(huán)境

微生物的生物結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，要探究微生物的源頭需要耗費很大的精力。由于微生物對生存環(huán)境的要求較高，在適宜的物理化學(xué)條件穩(wěn)定的情況下，才能正常發(fā)育生長。如果情況有所變化，微生物可能會被抑制或者消滅。采用生物信息技術(shù)對微生物的生存環(huán)境進(jìn)行檢測以及構(gòu)建，對微生物的結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行檢測，在微生物研究中十分關(guān)鍵。例如在控制乳制品的有害物質(zhì)時，首先，采用生物信息技術(shù)對菌株這類微生物進(jìn)行分型、溯源，可以采用基因組分型的方法進(jìn)行溯源；其次，在溯源之后，要注意防止微生物受到污染，影響微生物的發(fā)育，在此過程中，可以采取一定的防控措施，例如采用物理化學(xué)聯(lián)合滅菌的方式等；最后，對菌株進(jìn)行檢測，為微生物的發(fā)育創(chuàng)造一系列完整的生存空間。最新的檢測技術(shù)相對于傳統(tǒng)檢測技術(shù)而言，更加有效并且耗時更短。但是，隨著生物信息技術(shù)的快速發(fā)展，微生物研究領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了相關(guān)的納米檢測技術(shù)，這類檢測技術(shù)對微生物的保護(hù)會更加智能[1]。

3.2 建全微生物的發(fā)育體系

在研究微生物時，科研人員可能會發(fā)現(xiàn)突變的微生物基因，這類基因一般存在特殊性，而傳統(tǒng)的微生物處理辦法很難解決相關(guān)問題。要準(zhǔn)確把握微生物突變的基因，可以采用生物信息技術(shù)的基因測序方法，通過測序到的基因進(jìn)行比照，從中挖掘相關(guān)聯(lián)的突變基因進(jìn)行信息技術(shù)分析，構(gòu)建微生物的發(fā)育體系，在體系內(nèi)部可以精準(zhǔn)定位突變基因的源頭，提供解決方案。在這類基因轉(zhuǎn)變?yōu)椴《局?，及時遏制。

4 生物信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)上微生物的研究應(yīng)用

4.1 生物農(nóng)藥對微生物的查殺

生物信息技術(shù)的發(fā)展為人類的生活服務(wù)也創(chuàng)造了一定的條件。傳統(tǒng)的農(nóng)藥噴灑可能會造成毒藥入侵人體的危害，對人類的生命安全具有潛在威脅。微生物元殺蟲劑可以清除植物體內(nèi)的病害源，但不危及人類的生命安全。為微生物提供一個穩(wěn)定的生存條件很重要，一方面，對于微生物而言，一旦空氣遭受污染，微生物的結(jié)構(gòu)可能存在被侵害的風(fēng)險，并且攻擊微生物的病害也會增多，進(jìn)而影響微生物的繁殖；另一方面，在現(xiàn)代種植技術(shù)的發(fā)展下，許多農(nóng)戶或者農(nóng)場主要采用大棚種植的方法，能夠有效增加蔬菜的產(chǎn)量，但同時也要做好病蟲害防護(hù)措施。例如，安裝病蟲害防護(hù)設(shè)施，可以起到直接的保護(hù)作用，抵御外界的侵襲。此外，要注意對蔬菜的保護(hù)，在栽種之前，要及時清理土壤，對土壤中存在的有害物質(zhì)進(jìn)行消毒清理，例如灑石灰，組織氧氣灌入土壤，生成情況不穩(wěn)定的微生物[2]。

4.2 生物信息技術(shù)對植物的育種和培育

生物技術(shù)信息除了對有生長能力的植物有幫助外，還能在一定情況下對新物種進(jìn)行培育，生物信息技術(shù)的基因工程技術(shù)可以促進(jìn)微生物的繁殖。一般情況下，在農(nóng)業(yè)發(fā)展上，人們都會保留優(yōu)良的品種進(jìn)行下一代培育，這類品種不僅品質(zhì)高，對人類的身體還有一定的優(yōu)化作用。在對優(yōu)良品種的培育下，生長出來的植物抵抗能力更強，并且繁殖能力也較強。

5 生物信息技術(shù)對藥物合成的研究

微生物的特性相當(dāng)豐富，同時，微生物的新陳代謝也十分豐富，這為科研人員研究藥物合成做足了準(zhǔn)備，提供了充足的科技基礎(chǔ)，隨著生物科技的發(fā)展，也為人類提供了豐富的藥物合成平臺。藥物合成的成果不斷增多，在生物科技推動藥物合成的發(fā)展道路上又前進(jìn)了一步。微生物藥物的合成與研究是現(xiàn)代藥物合成的一個新階段，在現(xiàn)階段的抗生藥合成中，科研人員一般會進(jìn)行微生物序列的分析和探究，提取微生物分子結(jié)構(gòu)，通過基因工程來挖掘新的物質(zhì)。主要是生物酶催化，通過基因組序列來合成他汀類藥物的關(guān)鍵中間體，主要是在Yarrowia lipolytica ACA-DC 50109的基因序列的鑒定下分析出來的。當(dāng)情況穩(wěn)定后，通過優(yōu)化環(huán)境，細(xì)胞的合成率提高，且成功率也較高[3]。

在藥物合成過程中，可以通過生物信息技術(shù)來篩選微生物存在的新型基因，一般運用強大的基因分析工程來篩選酶工程，同時，運用高通量篩選平臺、理性設(shè)計或者非理性設(shè)計工具，可以開發(fā)出更豐富的酶催化劑，并且適時定位最適宜酶催化劑生存發(fā)展的環(huán)境，更好地提供藥物合成的需要。目前，他汀類藥物的成本較高，主要是因為現(xiàn)代生物信息技術(shù)要求較高，需要促成中間體BHA的合成，搭建好他汀類藥物結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點，進(jìn)而完成構(gòu)建。

6 生物信息技術(shù)對生物藥物的發(fā)展

現(xiàn)代生物藥物已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定并且快速發(fā)展的程度，比如在抗生素的研究領(lǐng)域中，十分注重生物科技的基因分析工程。通過這種方式，可以優(yōu)化抗生素的原體結(jié)構(gòu)，與天然物質(zhì)靠攏。在微生物初級新陳代謝的過程中，利用共價系統(tǒng)構(gòu)建的方式，使不同的微生物結(jié)構(gòu)進(jìn)一步合成，組成與眾不同的分子結(jié)構(gòu)。該方法是實現(xiàn)人為基因的重要步驟，可以為天然物質(zhì)的構(gòu)建提供實踐經(jīng)驗。

7 生物信息技術(shù)對實現(xiàn)致病基因研究的應(yīng)用

7.1 分子生物學(xué)的相關(guān)理論

伴隨著科技騰飛的時代更迭，人類對生命的重視程度也越來越高，從普通的看面相治病、把脈的中醫(yī)治病理療法，發(fā)展到了看微生物治病的階段，由宏觀層面發(fā)展到了微觀層面，對于人類的身體結(jié)構(gòu)可以深入細(xì)胞等微小結(jié)構(gòu)。人類可以從單個細(xì)胞生物觀察到組織群體、族群體，甚至細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過顯微鏡觀察，激發(fā)科研人員的技術(shù)思想，使他們著重分析蛋白分子水平，為人們進(jìn)行微生物研究提供了強大的技術(shù)支撐，進(jìn)一步推動了生物學(xué)的研究發(fā)展。

7.2 生物信息技術(shù)與分子生物學(xué)的融合

目前，我國對微生物的研究融合了更多先進(jìn)的生物科技，科研人員在微生物的基因研究過程中提出了更多問題，并且也及時調(diào)整了研究方向。針對基因、基因剪的關(guān)系，對基因組進(jìn)行了詳細(xì)的研究。主要方法是比較基因組序列同源性，進(jìn)而有效保證疾病得以解決。在微生物內(nèi)部準(zhǔn)確定位病菌，找準(zhǔn)病菌所在的族，為解決病菌提供一定的理論支撐。

例如，過期的食物會產(chǎn)生一系列病菌，人類食用之后也會產(chǎn)生一系列疾病，常見的有大腸埃希氏菌感染，進(jìn)而導(dǎo)致腸炎病發(fā)。病發(fā)階段會伴隨著一系列嘔吐、腹瀉的癥狀，嚴(yán)重的話還會導(dǎo)致人類機體休克。通過科研人員的不懈努力，最終在大腸埃希氏菌感染上獲得了一定成果。通過基因條形碼的構(gòu)建，科研人員對病菌體進(jìn)行標(biāo)識，并進(jìn)行下一步檢測，將高通量測序技術(shù)應(yīng)用到檢測上，以提高病菌的檢測效率。與此同時，生物信息技術(shù)還實現(xiàn)了對細(xì)菌治病原理的探索，其對腸道感染的控制以及治愈有重要的實踐意義?？茖W(xué)、合理地利用生物信息技術(shù)，為科研人員研究更深度的病機理論提供了重要依據(jù)，也對人類的生命安全以及微生物的重構(gòu)具有重要意義，在微生物資源二次利用以及開發(fā)利用的過程中，為科研人員提供了強大的支撐體系[4]。

8 結(jié)語

我國的生物信息技術(shù)在經(jīng)濟(jì)技術(shù)的支持下發(fā)展得更加壯大，我國微生物研究的方法也更加多元化。一方面，為生命科學(xué)的研究與發(fā)展提供了一個穩(wěn)定的基礎(chǔ)空間；另一方面，為實現(xiàn)我國技術(shù)強國的發(fā)展提供了推動力。因此，應(yīng)增加生物技術(shù)的儲備力量，大力投資我國的生物信息技術(shù)，鼓勵生物信息技術(shù)在微生物的研究領(lǐng)域得到更好的應(yīng)用，推動我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展。微生物的研究領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大，所需的理論支撐以及技術(shù)支撐也在不斷增加，并且，在研究微生物的道路上會面臨更多阻礙，相關(guān)科研人員和技術(shù)人員一定要堅定信心，勇往直前。