2020年09月11日 星期五
新菌物种诞生记
□ 郭嘉颖

    原本是一节普通的本科生微生物实验课,然而,在练习海洋细菌分离纯化与培养中,却让我发现了一个新的细菌物种!由此,开启了一段菌株鉴定之旅,虽说这个过程有些繁琐,但是十分有趣。

    按照流程,我先是登记了样品的“户籍所在地”——中国南海,然后又取了些水样滴在果冻一样的细菌培养基上,再用接种环将水样有规则地涂开。这样做是因为一滴海水里有着多种多样的细菌,用接种环将海水涂抹开来可以将其中繁杂多样的细菌稀释。待一周后,我再看培养基,其上已经长满了五颜六色的小菌落。在浓稠的地方,细菌们很“合群”,会粘合在一起;稀释区的菌落就相对“孤立”,形成单一的菌落,像一个个小“部落”。每一个肉眼可见的小菌落都是由一个或多个细菌分裂复制生成的相同细菌所组成的。

    为保证能拿到单一的细菌,我们还需要多做几次分离培养。我挑取了角落里一个不起眼的黄色菌落种到新的培养基上,用接种环把它们涂抹开来。几天后,分散的细菌繁殖成菌落大小。等到分离5次,一个培养基上的菌几乎都是相同的,此时就可以挑菌落做“身份鉴定”了!

    菌株的身份鉴定主要包括两项:一是通过革兰氏染色实验判断它们是革兰氏阴性菌还是革兰氏阳性菌。另一个就是细菌的“身份证号”,存在于它们的16S rDNA中,比对它们的基因信息就可判断“来者何菌”。比对基因信息就好比买彩票兑奖:先将获得的序列放到NCBI的网站,然后再与数据库中的序列进行对比即可。一般来讲,基因序列相似性越低,物种间的演化关系就越远,发现新物种的可能性越大。当相似度小于97%时就基本可以确定是新的物种!当然,除了要查询“个人身份”外,还得核查它的“祖宗十八代”。我们需要把新菌株和其相似度高的菌株的16S rDNA序列画成一幅类似族谱的系统发育树,以便了解菌株的亲缘关系、演化关系。

    虽然在培养基上可以观察到菌落的形态,但是菌的“证件照”需要借助高倍数的电子显微镜。在电子显微镜下,我们可以看到细胞的形态、大小、有无鞭毛和有无分泌物等特征,有时还可以看到定格在“分身”(二分裂)时的细胞。

    此外,还要进一步了解新菌的脾性。比如,它喜欢的温度、pH、盐度,抗生素敏感性,是否喜欢有氧环境等等。以抗生素敏感性为例,首先在干净的培养基上均匀涂抹含有菌株的培养液,然后在培养基上贴上含有不同抗生素的小纸片。过几天就会看到,有些小纸片周围有“抑制圈”——细菌无法生长的区域出现。这就表明这种抗生素对细菌有抑制作用。

    另外,还可以用各种试剂条来测试菌株的“饮食偏好”——是否有能消化食物的酶、喜欢的碳源和可能氧化的各种糖类物质。试验期间,还得请来跟它近缘关系相近的菌株一起对比实验(阳性实验)。

    当所有的实验做完,我们就对菌株从外表到内在、从“性格”到“能力”、从“个人”到“家庭背景”都了解清楚,那么,最后剩下的就是要将菌株保藏在特定的机构,取名和写文章投稿(国际科学杂志),昭告天下了!

    然而,菌株的名字并非同人名一样,怎么吉利怎么取,一般都以它的特点或发现过程来命名,比如发现的环境、地点、人名等。我的菌株是在海水中发现的,就取为“Arenibacter aquaticus”,拉丁文意为“水中的”。

    自然界存在的微生物数不胜数。相比于其他肉眼可见的生物,我们发现的微生物还不到自然界存在微生物的1%。虽然菌株鉴定的工作简单而繁琐,但正是因为有这些研究的积累,才为后续了解微生物世界提供了良好的数据支持。

    (中国科普作家协会海洋科普专业委员会供稿)

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