1986 年,加拿大农业部的陈耀国(Yiu-Kwok Chan)发现了一种新的细菌物种。按照标准协议,他将其保存在了美国典型培养物保藏中心 (ATCC),这是一个科学家们存储新型微生物菌株的储存库。它在那里存放了几十年,直到 2020 年,康奈尔大学的博士后研究员 Roland Wilhelm 注意到它与另一组细菌惊人地相似。Wilhelm 从 ATCC 获得了一小瓶陈的菌株,并使用较新的 DNA 测序技术确认 1986 年的菌株实际上是他目前正在研究的Paraburkholderia细菌的一个物种。这一发现之所以成为可能,正是因为细菌档案库,它充当了这两个不同科学时代的科研人员之间的关键联系。
跟踪全球微生物的演化是一项具有挑战性的任务。微生物形成新物种的速度比人类和许多其他有性繁殖的动物快,而且科学家们发现的微生物物种数量多年来一直在稳步增长。然而,一些估计表明,细菌的灭绝率非常接近新物种的形成率,以至于曾经存在过的大多数细菌谱系现在都已灭绝。众所周知,微生物对营养循环、农业生产力和土壤健康至关重要,它们产生抗生素和抗癌化合物,并保护我们的肠道健康和免疫系统。然而,我们仍在探索和了解微生物世界,这使得考虑微生物保护更为重要。
培养物保藏中心保留了微生物多样性,就像种子库保留了植物的遗传多样性一样。世界微生物数据中心报告称,世界上几乎每个地方都有微生物培养物保藏中心,它们一共包含超过 200 万种细菌、真菌和病毒培养物。这个数字只是地球上丰富微生物多样性的一小部分。
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微生物培养物保藏中心可以接收来自世界各地的样本,但有些地方比其他地方产生更多的微生物。 耶拿微生物资源保藏中心从世界各地接收培养物,尤其是来自亚洲国家的培养物,据 JMRC 工作人员 Michael Ramm 说。一些国家或机构是当前微生物发现的热点,也是大规模分离工作的所在地。我们经常听到关于生物多样性热点和诸如渡渡鸟之类的警示性灭绝故事,但微生物保护很少成为公众对话的一部分。
我们不考虑微生物保护的一个原因是,大多数微生物肉眼看不到,而且很难在自然栖息地之外生长;在实验室中可以培养的环境细菌不到 2%。这使得微生物的存储和培养成为一个棘手的过程,需要找到营养物质、盐分和大气条件的难以捉摸的组合。科学家可能需要数月甚至数年的时间才能将微生物从其栖息地中分离出来。
研究人员需要像全球培养物保藏中心这样的存储库,以确保可以培养的珍贵培养物的长期保存。伊利诺伊州皮奥里亚NRRL 培养物保藏中心的馆长柯克·布罗德斯 (Kirk Broders) 对这些保藏中心的潜力感到兴奋。“与世界各地正在进行有趣研究的研究人员联系并为他们提供资源......是我工作中最高兴的部分。还有培养、生长和欣赏色彩缤纷的美丽真菌和细菌的简单乐趣。”
从表面上看,这些保藏中心似乎是在像微生物博物馆一样编目培养物。然而,这些存储库的真正价值在于它们的科学潜力;下一个新型抗生素、可以治愈癌症的化合物或可以减少温室气体排放的微生物可能就隐藏在这些小瓶中。“在科学领域,很难预测哪些生物菌株可能在临床上变得重要,”国家典型培养物保藏中心 (NCTC) 的馆长 Sarah Alexander 说。“当科学家存储菌株时,这些材料将可供下一代科学家使用,并且始终可以检索。”
保藏中心允许科学家确保他们今天使用的菌株与 30 年前在研究中使用的菌株相同,就像 Wilhelm 的故事一样。这就是为什么许多培养物保藏中心开始收紧对提交菌株的限制,以使其被认可为保藏中心的正式成员。过去,对培养物的显微镜检查可能就足够了,但像 NRRL 这样的存储库现在开始要求额外的安全措施来防止污染:提交菌株的基因序列必须与科学家在实验室中发现的相匹配。许多微生物也可能进化得非常快,而且即使在实验室中生活几个月也可能使菌株看起来与首次识别时不同。一旦微生物学家验证基因序列匹配,就会通过冷冻保存来存储菌株,冷冻保存是使用超低温或液氮快速冷冻进行长期存储的过程。
培养物保藏中心显然是帮助科学更加开放、协作和可重复的关键实体。它们保存了地球当前的微生物多样性,并且可能拥有解决许多紧迫全球挑战的微观钥匙。它们也是微生物世界的图书馆,每一种菌株都有一个独特的故事;NCTC 中的第一个细菌分离株
是从第一次世界大战的士兵身上分离出来的,现在被用于治疗痢疾。亚历山大意识到了这些菌株的历史和前景。“维护、保存和培养包含来自 900 多个不同细菌物种的 6,000 多种菌株的保藏中心是一种荣幸。培养物保藏中心是一个生物存储库......我们可以通过它来保存这些活着的展品,以确保它们可供研究使用。”