李赣敏－New tools for discovering and - 生物化学与分子生物学.PPT

New tools for discovering and characterizing microbial diversity 摘要 To discover and characterize microbial diversity, approaches based on new sequencing technologies, novel isolation techniques, microfluidics, and metagenomics among others are being used. These approaches have contributed to discovery of novel genes from environmental samples, to massive characterization of functional and phylogenetic genes and to isolation of members of formerly uncultured yet ubiquitous groups .The new tools are reshaping the way we study the environment, increasing the resolution at which microbialcommunities, their complexities and dynamics, can be studiedto reveal their genetic potential and their functional diversity 主要内容 宏基因组学 宏蛋白组学 微流体技术 不可培养细菌的分离方法 焦磷酸测序 A new look at metagenomics（宏基因组学） 宏基因组(Metagenoine)是由Handelsman等1998年提出的新名词，即生境中全部微小生物遗传物质的总和它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因， 目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。 而所谓宏基因组学(metagenomics)就是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象，以功能基因筛选和测序分析为研究手段，以微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系为研究目的的新的微生物研究方法。 一般包括从环境样品中提取基因组DNA．克隆DNA到合适的载体，导入宿主菌体，筛选目的转化子等工作。 宏基因组学的研究过程 微流体技术 想象一下，将一个完整的生物技术实验室浓缩为豌豆大小再放入计算机芯片中会是什么样子呢？这种能检测极小微粒的方法就是微流体技术(Microfluidics)，微流体技术是指在微观尺寸下控制、操作和检测复杂流体的技术，是在微电子、微机械、生物工程和纳米技术基础上发展起来的一门全新交叉学科。 微流体生物芯片目前受到极大的重视。微流体芯片，又被称为“芯片实验室”（Lab-on-a-chip）。它是利用微机电技术将一般实验室所使用的分离纯化混合，以及酵素反应等装置微小化到芯片上，以进行生化反应、过程控制或分析，其构造远较微数组芯片复杂得多，依其应用范围可再细分为：样品前处理芯片、反应型芯片及分析型芯片等三大类。 微流体技术应用于生物学研究，目前主要有两大方向 第一方面是纵向的，即尽可能地在同一个器件中集成最多的操作方式，如样品提取、分子筛选、浓缩或者稀释、分离、分开和最终分析。 第二方面是“横向”集成，即建立可以同时进行大量同种分析（如DNA的解码、DNA片段扩增、蛋白质结晶等）的系统。  宏蛋白质组学（metaproteomics） Metaproteomics是由Paul和Philip二人在2004年首先提出，即在特定的时间 对微生物群落的所有蛋白质组成进行大规模鉴定。 目前宏蛋白质组学的研究策略主要有两条， 一条是以双向电泳加生物质谱的方法鉴定群落中各种蛋白的表达谱以及各蛋白表达程度的相对变化， 另一条路线就是多维色谱与生物质谱相结合 的称之为鸟枪法的技术路线。 其研究过程大体分为3步： (1)从环境样品中分离总蛋白质组 分，随后进行分馏与酶处理。 (2)酶处理后的蛋白质组分通过质谱进行定量，定性分析 (3)质谱产生的数据通过软件及其它工具推断出多肽的氨基酸序列，随后通过蛋白数据库进行数据比对，最 后对所得的多肽进行鉴定 The formerly unculturables—new approachesfor isolation 1 A novel isolation approach uses a combination of high