LorMe周刊科学通报合成微生物群落

摘要

自然界中微生物群落的生态网络结构非常复杂，并且难以进行可重复、可控的扰动实验。

合成微生物群落的研究方法遵循“设计-构建-测试-学习”为核心的合成生物学理念，以人工设计和构建的群落为实验对象，结合定量模型和基因组测序等组学技术，探索微生物生态学的基本规律。

在应用方面，基于合成群落的研究对于如何控制和改造复杂的微生物生态系统具有重要的指导意义，目标是通过构建具有可控功能和稳定性的微生物群落来解决人体健康、农业和工业生产、环境治理等重要问题。

一.合成微生物群落的构建

合成群落是指运用人工合成的方法按照群落中各成员的比例和数量精确添加微生物。人工合成微生物群落的设计方法有“自上而下（top-down）”和“自下而上（bottom-up）”两种方法。

（1）“自上而下（top-down）”设计方法，常采用一定数量的环境变量（如内外源扰动因素），尝试预测生态系统中微生物群落的变化、演替或恢复过程中的生态系统过程，以达到操纵最终所需的功能。

（2）“自下而上（bottom-up）”设计方法，以微生物群落代谢网络及其产物为核心，突出其中的互作特点（如，协同、竞争作用等），在分子层面设计并优化特定微生物群落的代谢特征，从单个微生物的基因组信息中所包含的代谢特征出发，运用自动化代谢网络设计软件和代谢反应模型重建特定微生物群落的代谢网络，并模拟其稳定性。

二.造物致知：理解微生物组

构建连接微生物结构与生态功能的预测模型至关重要，但是，如何深入的理解微生物组实验数据知识，并做出可靠的预测，是我们进一步改造微生物群落的关键。

这需要我们发展基于机制理解与受控实验相结合的生态学模型，将生态理论与实验数据结合，是发现微生物群落组成和生态功能设计性原理的关键。

现有研究方法分为三类：

1）从数据推断物种间的相互作用；

2）通过化学计量模型预测物种间的相互作用；

3）利用微生物群体的动力学模型。

三.造物致用：改造微生物组

人们已经对微生物组的改造进行了许多研究，其中包括人体微生物组的改造与应用，人的肠道内生活着多种微生物群落称为肠道菌群。

肠道菌群与人的健康息息相关，越来越多研究表明，肠道微生物组的紊乱与消化道炎症、免疫系统疾病、代谢失调等疾病有关，理论上可以通过调控肠道微生物组来实现对一些疾病的预防和治疗。

与之相似的是对于植物微生物组的改造与应用，植物微生物组对于植物抗逆和抗病虫害过程发挥着重要作用，阐明群落互作特征与功能间的关系对定向调控植物微生物组，促进植物健康生长有着重要意义。

四.合成群落的稳定性

生态稳定性是理论生态学最基本的问题之一，了解群落的生态稳定性，是改造和调控微生物群落必不可少的考虑因素。

其中，衡量生态稳定性的一个重要指标是恢复能力，微生物群落受到环境扰动后，其恢复能力可用弹性和生态幅度来表示。

与恢复能力研究相比，越来越多的研究

转载请注明：http://www.nzjgr.com/jbzs/14490.html