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1、#164#国外医药抗生素分册2006年7月第27卷第4期文章编号:1001-8751(2006)04-00164-07现代生物技术在分子微生物生态学中的应用邓小宽张新宜田敏(中国医药集团四川抗菌素工业研究所有限公司,成都610051)摘要:微生物生态学研究中采用的分子生物学方法主要有标记核酸探针技术、基于PCR的分析方法、梯度凝胶电泳方法、磷脂脂肪酸谱图分析方法、rRNA序列同源性分析方法以及质粒、编码特殊蛋白质和低分子量RNA基因分析等。这些技术方法的采用在微生物生态学研究中取得了重大的突破,使得对某些微生物的研究成为可能
2、,并在分子水平上阐述了其生态机制。关键词:分子微生物生态学;现代生物技术;核酸杂交;PCR-RFLP;PCR-SSCP;PCR-DGGE;PLFA;核糖体RNA基因;中图分类号:Q81,Q93811文献标识码:A微生物作为自然界生物系统中的重要一员,就其座DNA成分的存在等。利用DNA和RNA探针检种类和数量而言,是地球上仅次于昆虫的第二大类生测、跟踪环境中特定的基因或DNA序列及其宿主微物。由于频繁的遗传物质交换,微生物群落遗传稳定生物,使得核酸杂交技术在微生物生态领域发挥了重性相对较差,这是导致目前所建立的微生物分类系统
3、要的作用。不同的微生物类群都各自携有某些特殊的还不十分完善的主要原因。加上微生物生物代谢途径遗传信息,我们可以从某一个微生物有机体的基因组的多变性和复杂性,大量微生物的不可培养性给传统中检测到特定的基因,也能从许多微生物有机体的基微生物生态学研究带来了相当大的困难。自1953年因组混合物中检测到同样的基因,从而检测到携有该以来,许多分子生物学研究方法和理念被应用到微生特定基因的微生物种的存在。物生态学研究中,使关于微生物多样性、微生物种群动111分子杂交及同源性分析力学、重要基因定位、表达调控及其基因水平转移对生分子杂交及同
4、源性分析(DNA-DNA/DNA-RNA)态系统的影响等方面取得了长足的进展,极大地推动方法是分子微生物生态学发展初期采用的主要研究方[1]了分子微生物生态学的发展。法,是研究微生物区系系统发育关系、微生物鉴定、微分子微生物生态学就是运用分子生物学的方法和生物物种之间同源性等分子微生物生态学研究方法的技术,在基因水平上估计种的个体丰度,查明种的变异基础。DNA-DNA/DNA-RNA杂交包括整个基因组的情况以及探究群落中微生物间相互关系的科学。生物重组。它提供了检测核苷酸序列相似性的一种通用方技术的应用,使我们不必培养微生物
5、,而直接通过对环法。由于起源不同的两条DNA单链之间重组是很难境中遗传物质的研究来达到目的,它为微生物生态学配对的,最多不会超过20%的核苷酸之间会形成双的研究开辟了新的途径,本文将就分子微生物生态学链,因此可以利用DNA相似值来估计序列的相似程所涉及主要研究方法以及未来研究热点等加以讨论。度。研究表明,DNA-DNA杂交在种水平上的分类是1核酸杂交非常有用的,但不能用来测定种间或亲缘关系更远的核酸杂交技术为微生物生态学的研究提供了一种微生物。强有力手段,通过它可获得众多传统技术难以培养或112标记核酸探针技术鉴定的自然种群
6、的DNA信息,在环境中跟踪特定的由于某个基因对于特定的微生物种可能是独特基因及其宿主微生物,并且可以在同一时间研究多种的,在这种情况下,这一DNA顺序就有利于检出这类微生物。核酸杂交技术较早时常被用于异源双链核酸特定的微生物体。或者这个基因可能编码某一代谢途分子的分析以探讨两种核酸分子之间序列的相似情径中独特的酶,用该序列构建出的基因探针就有可能况,通过电子显微镜观察杂合分子上的单链(非互补)指示外部环境中一类微生物的存在。和双链(互补)区域,通过异源双链核酸分子杂交分析11211荧光原位杂交检测内含子在基因上的位点、基因重
7、排,以及证实可转荧光原位杂交(FISH)技术提供微生物形态学、数现代生物技术在分子微生物生态学中的应用邓小宽等#165#量、空间分布与环境方面的信息,使人们可以对自然生以荧光标记的特异多肽为探针,通过PNA在原位与样[2]境中的微生物进行动态地观察和鉴定。FISH技术品中的DNA结合,对样品中的微生物进行鉴定及原是根据已知微生物在不同分类级别上种群特异的位分析。PNA探针与DNA探针相比,PNA具有探针DNA序列,以利用荧光标记的特异寡聚核苷酸片段作短,与样品中DNA杂交速度快,而且杂交时不依赖于为探针,与环境基因组中DNA
8、分子杂交,检测该特异缓冲液盐的浓度等优点,并且PNA的两性电解质骨架微生物种群的存在与丰度。该方法的特点是可以进行使其更适合于原位杂交。该方法代表了微生物区系遗样品的原位杂交,应用于环境中特定微生物种群鉴定、传信息、微生物功能和代谢方式多样性之间相互关系[9]种群数量分析及其特异微生物跟踪
