坦桑尼亚阿鲁沙苏打湖沉积物细菌群落的高通量测序揭示极端环境微生物多样性及生物技术潜力

研究人员针对极端碱性苏打湖生态系统，采用PacBio全长16S rRNA基因测序技术，首次系统解析了坦桑尼亚纳特龙湖沉积物细菌群落结构，发现以厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidota)等为主的特殊菌群及大量未分类物种，为极端环境微生物资源开发提供重要基线数据。

　　

在非洲大裂谷东部的极端碱性湖泊中，存在着一个鲜为人知的微生物王国。坦桑尼亚的纳特龙湖（Lake Natron）以其pH值常年高于9的强碱性、600米海拔的特殊地理位置，以及作为小红鹳（Phoeniconaias minor）唯一繁殖地的生态特征，成为研究极端环境微生物的天然实验室。尽管这类苏打湖蕴藏着地球上相当比例的细菌生物量，但由于传统培养技术的局限性，人们对其中微生物的认识仍存在巨大空白。更令人振奋的是，这些适应了极端条件的微生物可能产生具有医药、生物技术价值的特殊化合物，但纳特龙湖沉积物中的微生物群落组成此前从未被系统研究过。

为揭开这一科学谜题，来自尼尔森·曼德拉科学技术研究所（Nelson Mandela Institute of Science and Technology，坦桑尼亚阿鲁沙）的Sadikiel E. Kaale团队在《Journal of Great Lakes Research》发表了开创性研究。研究人员采用第三代PacBio Sequel IIe测序平台，对湖底沉积物样本进行全长16S rRNA基因测序，通过生物信息学分析构建了首个纳特龙湖微生物群落图谱。这项研究不仅填补了东非苏打湖微生物生态学数据的空白，更发现了大量可能具有应用潜力的未分类菌种。

关键技术方法包括：在纳特龙湖五个采样点采集沉积物样本，使用PacBio SMRT（单分子实时）测序技术获取16S rRNA基因全长序列，通过QIIME2进行生物信息学分析，计算α多样性指数（Chao1、Shannon等），并针对放线菌门（Actinomycetota）进行重点解析。

研究结果

微生物群落组成特征
测序数据揭示纳特龙湖沉积物中存在高度多样化的细菌群落，四大优势门类分别为：厚壁菌门（Firmicutes，45.21%）、拟杆菌门（Bacteroidota，25.23%）、放线菌门（Actinomycetota，12.59%）和变形菌门（Proteobacteria，23.29%）。在纲水平上，拟杆菌纲（Bacteroidia，23.54%）、γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria，22.32%）、芽孢杆菌纲（Bacilli，19.66%）和梭菌纲（Clostridia，22.32%）占据主导地位。

未分类物种的发现
随着分类等级细化（特别是属、种水平），"未分类"和"候选门"（Candidate Phyla）物种比例显著增加，暗示湖中可能存在大量新分类单元。这种模式与其它极端环境微生物研究一致，反映了传统分类系统在极端环境微生物鉴定中的局限性。

生态分布特征
多样性指数显示采样点间细菌分布均匀，同时存在丰富稀有物种。这种分布模式可能与湖泊特殊的水文地质特征相关——活火山Ol Doinyo Lengai的持续地质活动造就了湖区内温度、盐度和碱度的微环境差异，为不同微生物创造了生态位。

讨论与意义
该研究首次完整描绘了纳特龙湖沉积物微生物群落的全景图，其科学价值体现在三方面：首先，全长16S rRNA测序技术的应用克服了传统短读长测序在物种鉴定分辨率上的不足，特别是对放线菌门（具有重要生物技术价值的类群）的精确分类；其次，发现的未分类物种为后续新物种鉴定和功能研究提供了线索；最后，研究建立的基线数据对理解极端环境微生物适应机制具有重要启示。

作者特别指出，后续研究应聚焦于功能宏基因组学（functional metagenomics）方向，以挖掘这些极端微生物在抗生素合成、工业酶生产等领域的应用潜力。该成果不仅丰富了全球极端环境微生物数据库，也为坦桑尼亚特有微生物资源的开发利用奠定了科学基础。