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液氮罐冷凍-喚醒新生物

時間:2017-11-24 09:21來源: 作者:班德液氮罐 點擊:

  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。這個叫做格氏嗜鹽堿桿菌的菌種,在河北科技大學(xué)副教授韓春雨的利用下,實現(xiàn)了基因組編輯技術(shù)NgAgo-gDNA而出名。

  日前發(fā)布的《中國微生物資源發(fā)展報告2016》顯示,世界各保藏中心共保有96907個用于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,格氏嗜鹽堿桿菌是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,其最先分離于肯尼亞馬加迪湖。作為保藏中心五千多種微生物中的一員,格氏嗜鹽堿桿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(jié)法處于休眠狀態(tài)。

  一些菌種甚至在冷藏室中沉睡了半個多世紀(jì),“一旦有需求,它們就會被喚醒并投入應(yīng)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(yǎng)。只有經(jīng)過培養(yǎng),才知道它們未來能夠做什么,并最終實現(xiàn)利用。

  “我們選擇的菌種,一般要有潛在應(yīng)用價值和豐富的生物多樣性。現(xiàn)在,越來越多的微生物被‘喚醒’,并在各個領(lǐng)域一顯身手。”辛玉華說。菌保中心保藏的微生物是經(jīng)過幾代人長期且持續(xù)累積來的,只有時間才能體現(xiàn)微生物資源保藏的價值。另外,微生物資源事關(guān)生物技術(shù)創(chuàng)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(shù)十所大學(xué)和研究機構(gòu)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(wù)和專利生物材料保存的國家級保藏中心,保藏中心于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”。

  “這里主要是收集、保藏、鑒定、交換和供應(yīng)各類生物材料。”辛玉華告訴科技日報記者,一些研發(fā)中分離出的菌種,暫時不知道有什么功能,就作為資源儲備儲存;而研究課題需要收集、篩選的菌類,結(jié)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(xué)和生物技術(shù)研發(fā)中貢獻卓著。

  走進位于地下的保藏中心,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于液氮中,生物材料都先在這里保藏并‘備份’。”辛玉華提起一個液氮罐蓋子,蒸騰著的氮氣撲面而來,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里“睡大覺”。

  “液氮罐里的溫度維持在-190℃左右,菌種在這里可以保存幾十年。”辛玉華指著天花板說,當(dāng)液氮變少時,樓上的“巨無霸”液氮罐會自動感應(yīng)并及時添加,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銹鋼鐵柜,每個柜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里存放著不同編號的菌種。試管中裝有淡黃色、已經(jīng)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(jīng)過雙重“保險”保藏的菌種,一株菌售價只有500—1000元。作為公益性機構(gòu),保藏中心的價格不貴且質(zhì)量有保證。值得注意的是,新的微生物物種需要經(jīng)過保藏中心核實、保藏后才能在國際期刊生效發(fā)表,而這正是中國普通微生物菌種保藏中心具有的權(quán)威性。

  一個菌種的“生死”循環(huán)

  目前,保藏中心保存有各類微生物資源5700種、50000余株,用于專利程序的生物材料有1萬余株。那么,數(shù)目龐大的微生物資源,從“清醒”到被“沉睡”經(jīng)歷了什么?

  “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(jié)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(shù)處理后,細菌就會處于休眠狀態(tài)。如果要活化使用,則需通過相應(yīng)的培養(yǎng)液進行活化,才能恢復(fù)活性。”辛玉華以格氏嗜鹽堿桿菌為例說,復(fù)活菌種所需的營養(yǎng)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(yǎng)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,這里還保存著中科院微生物所送給毛主席的第一支靈芝菌種,有利于女性減肥的鼠李糖乳桿菌,還有可以減少田間施肥的同氮菌……

  科學(xué)家相信,當(dāng)今時代人類面臨的挑戰(zhàn),包括養(yǎng)活眾多的人口、生產(chǎn)可持續(xù)的能源、保護環(huán)境或減緩對環(huán)境的破壞,以及人類健康等等,都與生物學(xué)相關(guān),可以從微生物世界中找到解決方案。

  于是,越來越多的菌種被發(fā)現(xiàn)并喚醒后應(yīng)用于人們生活。和其他知識產(chǎn)權(quán)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(shè)施得到極大改善,如今這里擁有了全世界一流的實驗設(shè)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(tǒng)、Qpix2全自動菌落挑取系統(tǒng)、變性高效液相色譜儀等必備高端設(shè)備,均產(chǎn)自德國、美國、日本;而國產(chǎn)的僅有普通冰箱、電磁爐、色譜儀等低端設(shè)備。

  “硬件設(shè)施和保藏技術(shù)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(yè)機構(gòu),菌種保藏的較全面、應(yīng)用型也更強;德國微生物菌種保藏中心是歐洲規(guī)模最大的生物資源中心,細菌菌種保存見長;而半政府性質(zhì)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(shù)據(jù)中心發(fā)表了全球微生物資源數(shù)據(jù)共享北京宣言,倡導(dǎo)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(shè)邁向新高度。

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