日前，中國科學院青島生物能源與過程研究所功能基因組團隊負責人徐健研究員、助理研究員林璐應邀在Biotechnology Advances發(fā)表綜述文章“Dissecting and engineering metabolic and regulatory networks of thermophilic bacteria for biofuel production” (1)，全面總結了嗜熱菌用于生物燃料領域的研究進展與應用現(xiàn)狀，指出發(fā)展新的基因網(wǎng)絡調控手段和遺傳改造技術對于實現(xiàn)嗜熱菌工業(yè)應用潛力的重要意義，并結合前期研究基礎，提出了嗜熱菌活體細胞工業(yè)應用的三個研究重點：高效碳源利用、高效目標產(chǎn)物產(chǎn)出、環(huán)境耐受性的提高（圖1）。
嗜熱微生物的適宜生長溫度高于50 oC，能夠在其他生命難以涉足的極端環(huán)境中繁衍生息。其作為細胞工廠具有一系列獨特的生物特性。首先，它們是一系列具有較高應用價值的熱穩(wěn)定性蛋白質的重要來源，如各種水解酶、DNA聚合酶和乙醇脫氫酶等。其次，一些梭菌屬(Clostridia)和嗜熱厭氧菌屬(Thermoanaerobacter)等的革蘭氏陽性嗜熱厭氧細菌，具有耐高溫、高效降解纖維素、五碳糖六碳糖的共利用等生理特性，因此對于整合生物加工（Consolidated BioProcessing；CBP）等纖維素燃料技術具有重要意義。
文章以革蘭氏陽性厭氧嗜熱細菌為例，通過與常溫細菌的比較，系統(tǒng)剖析了高溫環(huán)境下細胞代謝和調控網(wǎng)絡在功能和進化上的特征。在此基礎上，提出了針對于高溫環(huán)境應用的代謝網(wǎng)絡的合成生物學研究思路。文章中涉及的嗜熱菌功能基因組研究，除在生物制造細胞工廠領域應用外，還對研究生命起源、挖掘極端生物資源、極端環(huán)境下的進化理論和生態(tài)學研究等具有重要意義。
近年來，在973計劃、科技部科技支撐計劃和中科院纖維素乙醇重大項目等支持下，該團隊在革蘭氏陽性嗜熱細菌功能基因組學研究，包括：五碳糖六碳糖共利用機制（2）、乙醇耐受性的微進化機理和基因工程改造（3）、以及基于超聲波的原位高通量遺傳轉化方法（4）等方面取得了一系列進展。基于上述研究，林璐的博士學位論文（指導導師徐健研究員）榮獲2013年中科院百篇優(yōu)秀博士論文。
圖1：針對生物燃料生產(chǎn)的嗜熱菌研究路線圖
原文鏈接：
1. Dissecting and engineering metabolic and regulatory networks of thermophilic bacteria for biofuel production, Biotechnology Advances. 2013 (DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.biotechadv.2013.03.003)
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734975013000621
2. The Thermoanaerobacter glycobiome reveals mechanisms of pentose and hexose co-utilization in bacteria. PLoS Genet 2011, 7:e1002318.
http://www.plosgenetics.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pgen.1002318
3. Microevolution from shock to adaptation revealed strategies improving ethanol tolerance and production in Thermoanaerobacter, Biotechnology for Biofuels 2013. (DOI: 10.1186/1754-6834-6-103) URL: http://www.biotechnologyforbiofuels.com/content/6/1/103
4. Ultrasound-mediated DNA transformation in thermophilic Gram-positive anaerobes. PLoS One 2010, 5(9):e12582.
http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0012582
（功能基因組團隊供稿）
