洛克菲勒大学2025年9月13日
实验室培养技术的限制使大多数细菌成为医学研究的"黑箱"。当前临床使用的抗生素多源自微生物代谢产物，但随着耐药性危机加剧和药物研发管线枯竭，蕴含着未开发生命物质的土壤微生物群落正成为关键资源宝库。
近日《自然·生物技术》发表的研究实现了技术突破：研究团队开发出直接从土壤中提取超长DNA片段的技术，通过拼接未培养微生物的基因组，成功挖掘出具有生物活性的分子。该方法使单份森林土壤样本产生了2500亿个碱基对序列数据，构建了超过数百个完整的细菌基因组，其中99%以上属于新物种，覆盖细菌家谱16个主要分支。
"我们终于掌握了观测不可培养微生物世界的技术工具，而且能将这些遗传信息转化为实用抗生素。这只是技术应用的开端。"
——洛克菲勒大学遗传编码小分子实验室主任Sean F. Brady教授
微生物暗物质探索
土壤作为最大生物多样性储库，每茶匙土壤含数千种细菌。现有抗生素多源自实验室可培养的极少数菌种，而大量"暗物质"微生物的基因组规模测序曾受限于技术瓶颈。通过优化土壤DNA提取技术结合长读长纳米孔测序，研究人员成功获得长度达数万个碱基对的DNA片段，相比传统技术提升200倍。
"使用超长DNA片段组装基因组，就像拼完整幅拼图而非百万个碎片。"Brady教授解释说，"这种技术突破使我们对结果的准确性建立完全信心。"
合成生物信息学突破
研究团队采用"合成生物信息天然产物（synBNP）"方法，通过基因组数据预测生物活性分子化学结构，并在实验室化学合成对应分子。这种方法成功将未培养微生物的遗传蓝图转化为具体化合物，包括：
- Erutacidin：通过独特作用心磷脂靶向破坏细菌膜，对多重耐药菌有效
- Trigintamicin：作用于ClpX蛋白折叠马达，该靶点在抗菌药物开发中极为罕见
技术平台的应用潜力
这种可扩展的三步法策略（提取超长DNA→测序→计算解析）正在改写微生物研究范式。除抗生素开发外，该技术还为研究微生物对气候、农业和生态环境的影响提供了新工具。研究共同作者Jan Burian博士指出："未培养微生物群落蕴含的发现潜力，将驱动新一代生物技术革命。"
这项突破性研究不仅揭示了微生物生态系统的复杂网络，更标志着人类正式进入直接解析环境微生物组的"培养非依赖"研究新时代。
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