生物多樣性是遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性3個層次相互交織而成的生物-生態(tài)學(xué)復(fù)合體系。全球17個生物多樣性最為豐富的國家組成了超級生物多樣性國家同盟 (Like-Minded Mega diverse Countries,LMMC)，中國是該同盟成員國之一，生物多樣性位列第8。

中國作為海陸兼?zhèn)涞拇髧孛埠蜌夂驈?fù)雜多樣，廣袤的國土上不僅孕育了如冰川、鹽湖、熱泉、喀斯特洞穴等所有陸地生態(tài)系統(tǒng)類型，而且各類生態(tài)系統(tǒng)面積遼闊，既有覆蓋9個省份及自治區(qū)，綿延4500千米，跨越4個不同自然地帶，面積位居世界第三的荒漠，也有分布在西部青藏高原和東北大、小興安嶺，同樣面積位列世界第三的多年凍土。伴隨著科技重器的發(fā)展和“上天、入地、下海、登極”的步伐，中國生物多樣性的疆域也不斷拓展。繼1985年初建成南極長城站后，我國在南北兩極陸續(xù)建立了5座科考站。近10年來，“蛟龍”號、“深海勇士”號和“奮斗者”號深海載人潛水器，不斷創(chuàng)造新的深度，采集到了來自熱液區(qū)、冷泉區(qū)和冷水珊瑚林三大海底生態(tài)系統(tǒng)的各類樣品。在此基礎(chǔ)上，中國建立了極地微生物種質(zhì)資源庫和大洋微生物菌種庫。2020年“奮斗者”號在地球“第四極”馬里亞納海溝10909米深處成功坐底，標(biāo)志著我國對大洋最深生物圈的探索已經(jīng)開始。

在生物多樣性的應(yīng)用領(lǐng)域中，其藥用價值一直倍受關(guān)注。以抗生素為代表的微生物藥物在人類健康、病蟲害防治和食品安全等方面發(fā)揮了重要作用。但近幾十年來，新機(jī)制新結(jié)構(gòu)抗生素研發(fā)進(jìn)展緩慢，而已知抗生素發(fā)現(xiàn)重復(fù)率極高，新抗生素發(fā)現(xiàn)遇到了資源瓶頸。從以往尚未探索或開發(fā)的特境微生物中發(fā)現(xiàn)新抗生素的前景如何？針對這一問題，2013年以來，洛克菲勒大學(xué)Sean F.Brady教授的研究團(tuán)隊開展了一系列探索工作。他們通過公眾科學(xué)項目“來自泥土的藥物”，收集了世界5大洲不同生境，如熱帶雨林、草原、沙漠、沼澤、鹽堿地和熱泉等185份土壤樣品，通過對這些樣品進(jìn)行聚酮類和非核糖體肽類生物合成基因的化學(xué)-生物地理學(xué)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)地理距離及生境與微生物組次級代謝產(chǎn)物的生物合成基因之間有重要的相關(guān)性：地理距離越遠(yuǎn)，且生境不同的土壤微生物組，其次級代謝產(chǎn)物生物合成基因的序列差異越大，產(chǎn)生新穎的次級代謝產(chǎn)物的潛力越大。此外，該研究團(tuán)隊對澳大利亞397個地點采集的樣本分析表明，微生物組生物合成基因差異與采集地的緯度及土壤pH值關(guān)系密切。已有的研究表明，目前發(fā)現(xiàn)和利用的藥用微生物只是冰山一角，大量新微生物資源尚未獲得，大量微生物天然產(chǎn)物尚待發(fā)掘，其中棲息于寡營養(yǎng)、干旱的沙漠等生境中的微生物，由于具有更為豐富而多樣的生物合成基因，從中發(fā)現(xiàn)新抗生素的幾率也較高。據(jù)不完全統(tǒng)計，2009—2020的10余年間，僅從來源于深海、沙漠、火山、極地的鏈霉菌培養(yǎng)液中已發(fā)現(xiàn)155個新天然產(chǎn)物。

“環(huán)境多樣性-微生物物種多樣性-生物合成基因多樣性-化學(xué)結(jié)構(gòu)多樣性”這一簡化的關(guān)系鏈?zhǔn)翘烊晃⑸镄滤幇l(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)。自2001年始，聯(lián)合國大會確立每年的5月22日為“國際生物多樣性日”?！吨袊股仉s志》編輯部匯集了我國十幾家科研院所及高校的微生物藥學(xué)同行，在海洋、紅樹林、鹽湖、荒漠和鹽堿地等特殊生態(tài)環(huán)境微生物領(lǐng)域開展的研究工作，在2022年第5期和第7期出版“特殊生態(tài)環(huán)境微生物及次級代謝產(chǎn)物”專輯，以饗讀者。

專輯中有5篇關(guān)于紅樹林微生物分離、活性篩選、新物種發(fā)現(xiàn)和次級代謝產(chǎn)物相關(guān)的研究論文，表明我國紅樹林研究基礎(chǔ)較好。我國海岸線漫長，東南沿海紅樹林從浙江樂清一直延伸到廣西防城港，同時紅樹林在我國海南省和臺灣省沿海及港澳地區(qū)均有分布，因此高生產(chǎn)力的紅樹林仍然是研究者熱衷的特境。紅樹林通常被歸為海洋生態(tài)系統(tǒng)，加上3篇引人注目的極地和深海環(huán)境來源藥用微生物的研究論文，海洋領(lǐng)域的綜述和論文占了一半篇幅，這表明海洋微生物資源開發(fā)已在微生物天然產(chǎn)物研究領(lǐng)域占據(jù)了非常重要的位置，我國微生物藥物向極地深海進(jìn)軍的成果也在不斷涌現(xiàn)。

第7期出版的“特殊生態(tài)環(huán)境微生物及次級代謝產(chǎn)物”專輯中、除繼續(xù)刊載了具有地方特色如江西井岡山地區(qū)龍樟腦的藥用微生物資源勘探外，還收錄了青海高寒草甸來源鏈霉菌、藥用植物石斛內(nèi)生菌相關(guān)的次級代謝產(chǎn)物研究。綜述“微生物天然產(chǎn)物生物及化學(xué)信息學(xué)最新進(jìn)展”總結(jié)了近兩年發(fā)布或更新的微生物天然產(chǎn)物生物、化學(xué)信息學(xué)開源工具和數(shù)據(jù)庫，具有很強(qiáng)的參考使用價值。Darobactin是從嗜線蟲發(fā)光桿菌的代謝產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)的一種新型核糖體肽(RiPP)，對多種革蘭陰性菌具有優(yōu)良的抗菌活性，作為熱點分子，相關(guān)研究發(fā)表在2019年Nature雜志。在我國獲得該分子，為其結(jié)構(gòu)修飾等相關(guān)研究奠定了重要的基礎(chǔ)。

總之，本專輯的論文或綜述，反映了近年來我國科研人員在特境來源微生物及其次級代謝產(chǎn)物的一些研究進(jìn)展。相信隨著我國特境微生物資源的不斷開拓，難培養(yǎng)微生物分離與培養(yǎng)技術(shù)的進(jìn)步，微生物生物合成基因挖掘和激活策略的驅(qū)動，以及基于質(zhì)譜可視化的化合物排重和發(fā)現(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用，我國新抗生素發(fā)現(xiàn)效率和微生物藥物研發(fā)將取得長足進(jìn)步。

孫承航

2022年7月15日