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【广州日报】中国工程院院士吴清平:用大数据挖掘微生物的宝藏

来源: 时间:2022-09-05

   表皮葡萄球菌、人皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、路邓葡萄球菌、华纳氏葡萄球菌、山羊葡萄球菌……这些纷杂的名字都是葡萄球菌的不同种类,让人不禁感叹微生物的世界其实很大。

  “微生物资源是自然界数量最庞大的生物资源。微生物资源种类丰富,但是目前人类所认识的微生物不到总数的10%,而被利用的不到1%。微生物既是宝藏,但是人类挖掘宝藏也面临挑战。”9月2日上午,在2022创交会系列活动——2022中国(广东)生物技术国际合作大会暨粤港澳大湾区生物产业发展创新沙龙上,中国工程院院士、新拉斯维加斯棋牌网微生物所名誉所长吴清平如此表示。

  吴清平说,微生物菌种基因的挖掘保藏最大困难是99%以上微生物难培养、未培养。微生物大数据将能极大帮助发现新菌种、新基因,创建新技术、新产品和产业。近十余年来,吴清平团队一直努力构建中国人自己的微生物大数据库。利用这个大数据库,他们已经筛选出具有高活性健康功能的微生物,这些微生物有望让人类更加长寿,并保持健康。

   

微生物安全与健康科学大数据库首页

  

菌种风险一查便知

  在科学家眼中,微生物的开发前景无限广阔,这主要因为繁殖速度快,抗逆性强,代谢途径多样,易于改造,生产特性优越。吴清平认为,微生物学研究是中国最接近国际前沿的领域之一,有可能领跑世界,但大数据库和菌种基因是微生物学发展的关键。

  在过去十余年的时间里,吴清平团队一直在努力构建并完善微生物安全与健康科学大数据库,目前大数据库已经成功实现了创新应用。

  比如他们初步建立了中国食源性致病微生物风险识别数据库,探明了食源性致病微生物在食品中的分布,规律、风险水平。按照数据库的分析,食品当中大肠杆菌污染率最高为41.1%,其次为蜡样芽胞杆菌和副溶血性弧菌等等。不同食品中食源性致病微生物分布规律也进一步明晰起来,极大地助力国家完善食品安全标准的制定。

  根据吴清平团队长期采样分析,饮用水中最常见的三种致病菌便是铜绿假单胞菌、粪链球菌 、产气荚膜梭菌。这样细致有针对性的研究,可以更好引导细分领域的食品安全检测。

  目前该团队目前保存近4万株食源性致病微生物。基于这些微生物拥有不同的致病性和耐药性。研究人员清晰地记录下菌种信息,包括菌株来源、抗药性、血清型、毒力基因等。在此基础上,该团队建成了中国食品微生物安全科学大数据平台,其中也包括目前全球最大的食品微生物安全基因组数据库,库容达到2万条。

  吴清平说,以建立大数据的方式对微生物的耐药相关表型进行挖掘,将在药敏试验上发挥重大作用。“以往做药敏试验,需要先分离出致病性微生物,然后在做十几种药敏试验,时间太长。利用数据平台,一个分子检测便在两小时能了解耐药性如何。”

   

助力培育食药用菌新品种

  吴清平先容说,中国食药用菌资源丰富,全世界能使用的食药菌有两千六百个品种,中国则有1800个品种。过去十余年,团队走遍了全国六百多个自然保护区采集食药用菌,也建立了中国野生食药菌资源科学大数据库。这个大数据库包含驯化信息、采集信息、鉴定信息、保藏信息等各类信息。

   

团队在全国各地采集野生食药用菌

  在数据库的助力下,研究人员完成野生采样菌种人工驯化2085株,卵孢小奥德菇、黑木耳、松杉灵芝、白肉林芝、淡褐奥德蘑、芬娜金针菇都是他们人工驯化并获得受理专利的新菌种。

  如今在西藏,白肉灵芝干品价格远超其他品种,带动了当地食药用菌种植产业的发展,为藏民增加收入开辟了新来源。

  “工业化生产的金针菇是白色的,但芬娜金针菇是黄色的。工厂化生产的金针菇需要在十几摄氏度的环境下,而芬娜金针菇的生长环境可以提高到20度以上,节约了大量能耗。”吴清平说,在拥有大量基因资源的前提下,科研人员才能杂交选育更优良的品种。

  吴清平认为,细胞和微生物是构成人体的两个重要部分,人体微生物和所有疾病是相关的。所以他的团队还在构建健康功能微生物资源数据库,他们前往不同的地域,分别采集水、土壤、空气样品,人源性样品,人源性样品。采样的重点地区甚至包括世界长寿乡的广东蕉岭。

 

发掘更多有用的微生物

  吴清平说,构建如此庞大的微生物大数据库,最终是为了筛选出具有高活性健康功能的微生物,来进一步促进人类的健康。目前他们已经有了实质性的进展。

   

 微生物资源数据库模板

  他们筛选的戊糖片球菌对降低促炎因子,提高抗炎因子具有很好的作用,可以缓解并改善由大肠杆菌引起的肠道病理损伤。他们还发现,植物乳杆菌84-3对降血糖、血脂具有显著作用,在动物身上起到的效果能够媲美阿卡多糖和二甲双胍。

  他们从百岁老人体内筛选出来的乳杆菌LP124,能够调节氧化损伤小鼠的肠道菌群组成,具有抗衰老的作用。此外研究还发现,乳杆菌C60能提高提高活性氧的产生,具有抗皮肤老化作用。

  吴清平表示,未来他们还要进一步挖掘健康功能微生物与疾病防控的分子机制和关键技术,开发健康功能微生物维持肠道稳态与进化新产品,并研发健康功能微生物疾病防控快速诊断技术。

  “大家正在做肠道微生物年龄的研究。我认为,人首先是肠道生态系统变老,人才会变老,所以肠道微生物年龄维持下去很重。”吴清平说,肠道几千种微生物所构建的生态系统与人类健康密切相关,肠道生态系统的重构有助于防控疾病。

  吴清平说,诊断肠道微生物的年龄是一个重要的技术方向,并且要能够为个体提供改善肠道生态系统的个性化解决方案。“如果把一个人20多岁最好的肠道微生物菌群拿出来,做成个性化胶囊。那么他服用胶囊就能长久完善肠道生态系统,并保持健康。这个业务未来并非不可想象。”他说。

  

  报道链接:

  https://huacheng.gz-cmc.com/pages/2022/09/04/78420f562f894218b8293b4656157ada.html

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