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该综述聚焦功能宏基因组学（FM），探讨其无需传统培养法，通过分析环境 DNA（eDNA）发现新酶、抗生素等生物分子的潜力，介绍策略与局限，展望在生物技术和环境可持续性领域的应用前景。
功能宏基因组学概述
地球上微生物占据生物量的最大比例，原核细胞总数估计达 4-6×1030（Bunge 等，2014）。它们广泛分布于土壤、热泉、深海热液喷口、南极冰层等多种生态系统（Mirete 等，2016），显示出微生物无处不在且能在广泛环境中生存。
功能宏基因组学的策略与局限
在功能宏基因组学中，通常制备两种类型的文库，即通过克隆将小或大的 DNA 片段插入载体。由于捕获全长基因，大片段克隆在关注基因结构和生物产物对底物的协同作用方面最为突出。为此，需从环境样本中提取 eDNA，通过酶或物理方法将其片段化，克隆到合适载体中，随后进行转化。然而，该技术存在挑战，如 DNA 提取难度大以及宿主表达系统的限制。
从环境样本中回收生物分子
通过功能宏基因组学从环境样本中探索生物分子回收在 20 世纪已获得显著发展。该领域利用 eDNA 筛选和性状选择来提取有价值的遗传信息，从而发现新的酶、抗生素、治疗药物、基因簇和次级代谢物。这些发现不仅具有学术价值，对于优化和标准化生物过程也至关重要。
利用功能宏基因组学从环境样本中发现生物分子的研究差距和需求展望
功能宏基因组学作为一种变革性方法，在利用微生物多样性和从环境样本中发现新型生物分子（尤其是酶）方面具有巨大潜力。尽管存在一些需要解决的研究差距和需求，但该领域在生物分子发现方面的前景广阔。当前主要挑战之一是功能筛选中的命中率低。
结论与未来展望
功能宏基因组学通过直接从环境样本中提取和分析 DNA，从根本上改变了生物分子发现的格局（Dwivedi & Yadav，2023）。这种创新方法使研究人员能够使用大肠杆菌、芽孢杆菌和假单胞菌等模式生物作为替代物，表征来自不同栖息地的基因的功能特性。通过绕过培养微生物的需要，功能宏基因组学促进了对微生物功能的探索。
其他声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。作者无法或选择不说明使用了哪些数据。本研究无需资金支持。VK 感谢新德里印度医学研究委员会（ICMR）授予的高级研究奖学金（编号：45/20/2018-PHA/BMS/OL）。作者还感谢库什那加 Udit Narayan 研究生院植物学系、贝拿勒斯印度教大学科学学院生物技术学院、微生物研究所 Centre Algatech 藻类细胞周期实验室、锡金大学生命科学学院微生物学系、Shri 的植物学系等机构。
