“喚醒”沉睡的微生物菌種

鏈霉菌

曲霉

真菌

細菌

圖為微生物菌種庫。目前，我國普通微生物菌種保藏中心保藏的專利菌株為11977個，位列全球第2。（圖片來源：科技日報）

一株在中國普通微生物菌種保藏管理中心沉睡了20年之久的古老菌種，最近因為韓春雨事件火了起來。這個叫做格氏嗜鹽鹼杆菌的菌種，在河北科技大學副教授韓春雨的利用下，實現了基因組編輯技術NgAgo-gDNA而出名。

日前發布的《中國微生物資源發展報告2016》顯示，世界各保藏中心共保有96907個用於專利程序的生物材料，其中中國普通微生物菌種保藏中心保藏的專利菌株為11977個，位列全球第2。

9月14日，記者走進中國普通微生物菌種保藏管理中心（簡稱保藏中心），探尋微生物菌種的日常生活。

支撐未來的“生命”銀行

中國普通微生物菌種保藏管理中心高級工程師辛玉華說，格氏嗜鹽鹼杆菌是20年前由中科院微生物所老所長周培瑾研究員從蘇格蘭交換來到中國，其最先分離於肯尼亞馬加迪湖。作為保藏中心五千多種微生物中的一員，格氏嗜鹽鹼杆菌或通過真空冷凍干燥法，或借助-190℃左右的液氮超低溫凍結法處於休眠狀態。

一些菌種甚至在冷藏室中沉睡了半個多世紀，“一旦有需求，它們就會被喚醒並投入應用。”辛玉華說。但如今，地球上99%的微生物人類還是不知道如何培養。隻有經過培養，才知道它們未來能夠做什麼，並最終實現利用。

“我們選擇的菌種，一般要有潛在應用價值和豐富的生物多樣性。現在，越來越多的微生物被‘喚醒’，並在各個領域一顯身手。”辛玉華說。菌保中心保藏的微生物是經過幾代人長期且持續累積來的，隻有時間才能體現微生物資源保藏的價值。另外，微生物資源事關生物技術創新的未來。

值得注意的是，今年5月，美國宣布啟動“國家微生物組計劃”，美國政府將在未來兩年投入1.21億美元作為啟動資金，數十所大學和研究機構未來幾年將投入4億美元。

菌種保藏有雙重“保險”

作為我國可同時提供一般菌種資源服務和專利生物材料保存的國家級保藏中心，保藏中心於1995年被列入“布達佩斯條約國際保藏單位”，成為一個持有國際牌照的微生物“銀行”。

“這裡主要是收集、保藏、鑒定、交換和供應各類生物材料。”辛玉華告訴科技日報記者，一些研發中分離出的菌種，暫時不知道有什麼功能，就作為資源儲備儲存﹔而研究課題需要收集、篩選的菌類，結題后也可存放備份。幾十年來，保藏中心共提供了幾十萬株各類微生物菌種，在我國生命科學和生物技術研發中貢獻卓著。

走進位於地下的保藏中心，空氣中彌漫著絲絲涼氣，和室外的悶熱對比鮮明。在這間百十來平米的液氮生物儲罐室中，放滿了30來個容量為750升的“大罐子”，5.3萬個如細菌、真菌、酵母等的微生物菌種暗藏其中。

“幾乎所有的菌種都貯存於液氮中，生物材料都先在這裡保藏並‘備份’。”辛玉華提起一個液氮罐蓋子，蒸騰著的氮氣扑面而來，記者下意識的往后退了下。透過繚繞的霧氣，各式各樣的微生物菌種在小鐵盒子裡“睡大覺”。

“液氮罐裡的溫度維持在-190℃左右，菌種在這裡可以保存幾十年。”辛玉華指著天花板說，當液氮變少時，樓上的“巨無霸”液氮罐會自動感應並及時添加，這些造價昂貴的“制冷劑”從天津直運而來。

來到低溫冷藏室，好像進了銀行的保險庫。一排排直抵天花板的不鏽鋼鐵櫃，每個櫃子整齊排列著很多像“抽屜”般的隔間。拉出一個“抽屜”，就能看到很多支真空小玻璃管裡存放著不同編號的菌種。試管中裝有淡黃色、已經干燥處理的保護劑，藏在其中的是“休眠”中的微生物，這種保藏方法就被稱為真空冷凍干燥法。

經過雙重“保險”保藏的菌種，一株菌售價隻有500—1000元。作為公益性機構，保藏中心的價格不貴且質量有保証。值得注意的是，新的微生物物種需要經過保藏中心核實、保藏后才能在國際期刊生效發表，而這正是中國普通微生物菌種保藏中心具有的權威性。

一個菌種的“生死”循環

目前，保藏中心保存有各類微生物資源5700種、50000余株，用於專利程序的生物材料有1萬余株。那麼，數目龐大的微生物資源，從“清醒”到被“沉睡”經歷了什麼？

“菌種被送來后，首先進行存活度和純度檢測，然后用基因測定來核實菌種的正確性，繼而用真空冷凍干燥法或液氮超低溫凍結法保存菌種。”辛玉華說，保藏菌種時一般兩種方法會互為備份，使用液氮法保存6份，真空法則要備份12個。

“通過冷凍技術處理后，細菌就會處於休眠狀態。如果要活化使用，則需通過相應的培養液進行活化，才能恢復活性。”辛玉華以格氏嗜鹽鹼杆菌為例說，復活菌種所需的營養為：20%的氯化鈉，酪蛋白、氨基酸、pH值為9等，在適宜的溫度和培養基中，這些沉睡的細菌便會被重新喚醒。

專利靠前但“短板”尚存

如今，這裡還保存著中科院微生物所送給毛主席的第一支靈芝菌種，有利於女性減肥的鼠李糖乳杆菌，還有可以減少田間施肥的同氮菌……

科學家相信，當今時代人類面臨的挑戰，包括養活眾多的人口、生產可持續的能源、保護環境或減緩對環境的破壞，以及人類健康等等，都與生物學相關，可以從微生物世界中找到解決方案。

於是，越來越多的菌種被發現並喚醒后應用於人們生活。和其他知識產權專利不同，微生物是唯一一種可通過專利保護的生命形式，過去幾年間，我國專利微生物年保藏量增長速度一直位居世界第一。

在保藏中心工作了20年的辛玉華坦言，自2000年以來硬件設施得到極大改善，如今這裡擁有了全世界一流的實驗設備。但記者在實驗室看到，像氨基酸分析儀、λ35紫外可見分光光度計及PTP1溫控系統、Qpix2全自動菌落挑取系統、變性高效液相色譜儀等必備高端設備，均產自德國、美國、日本﹔而國產的僅有普通冰箱、電磁爐、色譜儀等低端設備。

“硬件設施和保藏技術都是國際先進，和國外的差距是菌種種類的多樣性還不夠豐富。”辛玉華介紹，美國典型菌種保藏中心為純商業機構，菌種保藏的較全面、應用型也更強﹔德國微生物菌種保藏中心是歐洲規模最大的生物資源中心，細菌菌種保存見長﹔而半政府性質的荷蘭微生物菌種保藏中心，真菌菌種最為齊全。

“保藏中心一方面通過各種途徑廣泛收集新物種及新用途菌株，另一方面也與國外一流的菌保中心互相交換菌種，進而補充豐富菌種種類。”辛玉華說，此前世界微生物數據中心發表了全球微生物資源數據共享北京宣言，倡導重大微生物信息化國際合作計劃，推動全球微生物資源信息化建設邁向新高度。（記者 劉 垠）