《International Microbiology》：Revealing actinobacterial diversity inhabiting Malaysian Beach Ridges Interspersed with Swales (BRIS) soil : insights from culture-dependent and metagenomic approaches
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为解决抗生素发现瓶颈，研究人员针对信息匮乏的马来西亚Beach Ridges Interspersed with Swales (BRIS)土壤，首次结合培养依赖与宏基因组方法系统探究其微生物多样性。研究成功分离180株放线菌，并鉴定出4719个OTU，揭示了以Acidothermus为优势的罕见放线菌群落，证实了BRIS土壤作为新型生物活性化合物库的巨大潜力。
在全球抗生素耐药性日益严峻的背景下，发现全新的抗生素已成为一项紧迫的科学挑战。一个令人尴尬的现实是，从许多已知微生物中不断分离出的化合物，往往是现有药物的“翻版”。这意味着，我们亟需探索那些未被充分研究的、甚至是极端的环境，以期从中找到能够产生全新化学结构的“宝藏”微生物。马来西亚特伦甘努州Setiu地区的“海滩沙脊与洼地交错”土壤，简称BRIS土壤，就是这样一个充满未知的潜在宝库。这种土壤以其贫瘠的养分保持力、低持水能力和酸性条件而闻名，在农业上被视为“问题土壤”，但关于其内部蕴藏着怎样的微生物生命，科学界却知之甚少。这项发表在《International Microbiology》上的研究，正是为了揭开这片特殊土地下的生命奥秘，为寻找新型抗生素探路。
为了全面揭示BRIS土壤的微生物，尤其是具有重要产药潜力的放线菌的多样性，研究人员采用了双管齐下的策略。研究团队在马来西亚Setiu地区的四个BRIS土壤系列（Rhu Tapai、Rudua、Jambu、Baging）采集了不同深度的样本。首先，他们通过培养依赖方法，使用五种选择性培养基（如酵母麦芽琼脂ISP2、Bennett's琼脂等）并添加抗生素抑制杂菌，成功分离出180株放线菌。这些分离株根据菌落形态和颜色被分为69个类群，并从中挑选了15个代表性菌株进行16S rRNA基因测序和系统发育分析以鉴定其身份。其次，他们采用培养非依赖的宏基因组方法，直接从土壤中提取总DNA，并对16S rRNA基因的V3高变区进行Illumina MiSeq高通量测序。产生的海量序列数据经过质量过滤后，利用QIIME软件包进行生物信息学分析，包括划分OTU、构建稀疏曲线以及从门到属水平的分类学组成分析。
结果与讨论
BRIS土壤系列的理化性质
分析显示，所有四个系列（Rhu Tapai、Baging、Jambu、Rudua）的土壤均呈酸性，pH值在4.34至4.72之间。有机碳、总氮和阳离子交换容量(CEC)的含量均处于很低水平。这些特性与BRIS土壤被归类为养分贫瘠、结构不良的土壤的认知一致。
培养依赖方法
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可培养细菌的估算：通过菌落形成单位(CFU)计数，研究人员发现不同土壤系列和培养基上的细菌数量存在差异，其中Baging系列在ISP2培养基上菌落数最高（1.44 × 106CFU/g）。虽然总体CFU数量低于其他类型的肥沃土壤，但这确证了BRIS土壤中存在着可培养的微生物群落。
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放线菌分离株的颜色分组：基于在燕麦片琼脂(ISP3)上的形态特征，所有180株放线菌被归类为69个颜色组，其中包括34个单成员组和35个多成员组。颜色分组是初步评估放线菌多样性的一种有效方法。
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16S rRNA基因序列的系统发育分析：对15个颜色组代表菌株的测序分析显示，其中14株属于常见的链霉菌属(Streptomyces)，而仅有1株被鉴定为罕见的皮肤球菌属(Dermacoccus)。这初步暗示了BRIS土壤可能蕴藏着稀有放线菌资源。
宏基因组方法
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宏基因组测序数据：测序共产生约210万条原始读长，经质控后得到近196万条高质量序列。稀疏曲线分析表明测序深度足够，共鉴定出4719个OTU。
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BRIS土壤中放线菌群落的分类组成：宏基因组分析揭示了一个远比培养方法所见的更为丰富的微生物世界。共鉴定出32个细菌门、380个属，其中105个属（28%）被标记为“未培养”，表明存在大量未知或难以培养的细菌。在属水平上，Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia和 Mucilaginibacter的相对丰度最高。
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BRIS土壤中的放线菌多样性：在检测到的所有属中，有83个属于放线菌。进一步分析四个土壤系列中放线菌属的相对丰度发现，一个显著的结果是：在Rhu Tapai、Baging和Jambu系列中，丰度最高的放线菌属是酸热菌属(Acidothermus)，而在Rudua系列中则是节杆菌属(Arthrobacter)**。这与培养方法中链霉菌属占主导的结果形成了鲜明对比。值得注意的是，在所有土壤系列中都检测到了大量未培养的放线菌。
BRIS土壤中的放线菌多样性
综合两种方法的结果，研究揭示了一个关键发现：宏基因组分析显示BRIS土壤中的放线菌多样性以酸热菌属(Acidothermus)为主导，而传统的培养分离则主要得到了链霉菌属(Streptomyces)。酸热菌属目前仅有一个被描述的物种(Acidothermus cellulolyticus)，它最初是从酸性热泉中分离的。这一差异凸显了两种方法的互补性——培养方法偏向于获取易于在现有条件下生长的菌株（如链霉菌），而宏基因组方法则能无偏倚地揭示环境中的真实微生物组成，包括那些难以培养或尚未培养的类群（如酸热菌属）。研究指出，BRIS土壤的酸性等理化特性很可能塑造了其独特的、以耐酸微生物（如酸热菌属）为优势的群落结构。
研究结论与讨论
本研究的结论明确指出，尽管BRIS土壤被视为极端环境，但它确实是独特微生物群落的栖息地。这项研究首次结合培养与非培养方法，系统阐明了BRIS土壤的微生物多样性。培养方法成功分离了放线菌，提供了可培养微生物的初步信息；而宏基因组分析则以前所未有的广度揭示了包括大量未培养微生物在内的真实群落面貌。两种方法结果的差异恰恰证明了综合应用它们的必要性。
研究的重要意义在于，它证实了BRIS土壤是一个尚未开发的、蕴藏着丰富且独特微生物资源（尤其是稀有放线菌）的宝库。其中占主导地位的酸热菌属以及大量“未培养”类群的发现，为发现新物种和新的生物活性化合物（如新型抗生素）提供了极具前景的方向。这些微生物为了在BRIS土壤的酸性、贫瘠环境中生存，可能进化出了独特的代谢途径，从而产生具有新颖结构和功能的次级代谢产物。研究人员强调，未来的工作应基于本研究的宏基因组数据，进行基因组导向的靶向分离，以获取更多具有生物技术潜力的新型菌株，并将调查范围扩大到更多BRIS土壤系列和地点。这项研究不仅增进了我们对极端土壤微生物生态学的理解，也为应对全球抗生素危机开辟了一条新的生物勘探路径。
