微生物學

秦楠，栗東芳，楊瑞馥

高通量測序技術及其在微生物學研究中的應用

秦楠，栗東芳，楊瑞馥

20世紀70年代，由Frederick Sanger發明的雙脫氧鏈終止法核酸測序技術，為科學發展做出了重要貢獻，成就了人類基因組的完成。Sanger測序法也被稱為第一代測序技術，它的原理是以 DNA單鏈為模板，進行 PCR擴增，擴增體系中加入的堿基為 dNTP和熒光ddNTP，對得到的不同長度產物進行電泳分離和激光誘導熒光顏色區分，經過信息轉換，獲得長達 800 bp的DNA鏈堿基組成序列。該方法已經在PCR產物、載體克隆測序等方面得到廣泛應用，但其成本高和測序通量低的缺陷，限制了該方法在大規模測序中的應用。新一代測序技術（next-generation sequencing technology，或被稱為第二代測序技術）以Illumina公司的Solexa，ABI公司的SOLiD，和Roche公司的454技術為代表。這些測序平臺以數據產出通量高為最大特點，以Solexa技術為例，采用了該技術的Hiseq 2000測序儀，一臺機器在兩周內就可以產出超過300 G的數據，相當于把人類基因組重復測 100遍以上。這完全改變了過去的研究模式，給人類和動植物基因組學、轉錄組學、宏基因組學研究等方面帶來全新的變化，并逐步深入到微生物學研究領域中。本綜述旨在介紹代表性的高通量測序技術，同時著重闡述該技術在微生物學研究中的應用。高通量測序技術領域的發展，使得核酸序列的測定速度與成本價格的比值，以超過摩爾定律的速度迅速增加。因此，全基因組（轉錄組）序列測序技術將不可避免地像PCR技術那樣，走入每一個分子生物學實驗室，成為微生物學家們的常規研究手段。而高通量測序技術所帶來的基因組學和轉錄組學研究的變革，會為蛋白質組學 和代謝組學奠定基礎，它們將共同成為系統微生物學發展的基石。但問題和挑戰依然存在。首先，隨著核酸序列數量上的跨越式累積，生物信息學分析將面臨巨大的挑戰，適用于常規實驗室使用的新統計學方法和分析軟件的開發成為當前的迫切需求。另外，海量數據的深入挖掘工作會發現用傳統生物學理論難以解釋的生命規律，對傳統理論的顛覆和新理論的提出與建立將成為不可避免的工作。

來源出版物：微生物學報, 2011, 51(4): 445-457

入選年份：2015

我國禽流感研究進展及成就

張毅，王幼明，王芳，等

摘要：禽流感不僅嚴重危害養禽業，而且給公共衛生造成巨大威脅。為了科學認識和積極防控禽流感，我國科學家進行了大量且富有成效的研究，取得了舉世矚目的成果。1996年，中國農科院哈爾濱獸醫研究所從廣東一個鵝場分離到 H5N1亞型禽流感病毒，命名為A/Goose/Guangdong/1/96（H5N1），這是我國第一次分離到高致病性禽流感病毒。流行病學調查分析表明，近些年來在我國的雞群中流行的H5N1亞型禽流感病毒主要屬于 Clade2.3.2、Clade2.3.4和 Clade7。1994年陳伯倫等人首次從我國廣東某雞場發病雞體內分離到 H9N2亞型病毒，目前我國大陸地區的雞群中主要流行Y280-like和G1-like兩個分支的H9N2亞型禽流感病毒。通過長期的監測，基本掌握了禽流感在我國的流行情況和進化規律。利用反向遺傳和定點突變操作技術，已證實H5N1亞型禽流感病毒PB2蛋白D701N的突變，HA蛋白裂解位點P6位絲氨酸的突變，NS1蛋白P42S的突

變均與病毒對哺乳動物的致病力增強有關。Shi等首次解析了 H7N9病毒的 HA蛋白的晶體結構，并解釋了H7N9病毒為何會感染人類及HA蛋白226位在結合人類上呼吸道α-2，6唾液酸受體中所起的作用。利用先進的生物技術，發現了影響流感病毒致病力、傳播力和受體結合能力的部分關鍵位點，闡釋了其作用機制。目前我國已建立了成熟的H5、H7、H9亞型禽流感病毒熒光RT-PCR的國家檢測標準，LAMP-PCR等改進的PCR方法也已應用于禽流感的檢測，Han等利用 DNA芯片技術，設計針對16種不同HA亞型和9種不同NA亞型的核酸探針，可以一次性快速鑒別出分離到病毒屬于何種亞型。通過對傳統技術的改進和先進方法的應用，不斷成功建立禽流感診斷、檢測技術。Liu等以鴨腸炎病毒為載體構建了 H5亞型病毒的活載體疫苗，Fan等利用反向遺傳操作技術，構建了H5N1病毒減毒冷適應活疫苗。新型禽流感疫苗不斷涌現并逐步被推廣和應用，取得了良好的免疫效果。上述成果為我國禽流感的防控奠定了良好的基礎，也為后續研究提供了依據。但是禽流感的防控形勢依然嚴峻，新型H7N9病毒的出現，使禽流感的防控面臨新的挑戰。

來源出版物：微生物學通報, 2014, 41(3): 497-503

入選年份：2015