1986 年,加拿大農業部的陳耀國(Yiu-Kwok Chan)發現了一種新的細菌物種。按照標準協議,他將其儲存在了美國典型培養物保藏中心 (ATCC),這是一個科學家們儲存新型微生物菌株的儲存庫。它在那裡存放了幾十年,直到 2020 年,康奈爾大學的博士後研究員 Roland Wilhelm 注意到它與另一組細菌驚人地相似。Wilhelm 從 ATCC 獲得了一小瓶陳的菌株,並使用較新的 DNA 測序技術確認 1986 年的菌株實際上是他目前正在研究的Paraburkholderia細菌的一個物種。這一發現之所以成為可能,正是因為細菌檔案庫,它充當了這兩個不同科學時代的科研人員之間的關鍵聯絡。
跟蹤全球微生物的演化是一項具有挑戰性的任務。微生物形成新物種的速度比人類和許多其他有性繁殖的動物快,而且科學家們發現的微生物物種數量多年來一直在穩步增長。然而,一些估計表明,細菌的滅絕率非常接近新物種的形成率,以至於曾經存在過的大多數細菌譜系現在都已滅絕。眾所周知,微生物對營養迴圈、農業生產力和土壤健康至關重要,它們產生抗生素和抗癌化合物,並保護我們的腸道健康和免疫系統。然而,我們仍在探索和了解微生物世界,這使得考慮微生物保護更為重要。
培養物保藏中心保留了微生物多樣性,就像種子庫保留了植物的遺傳多樣性一樣。世界微生物資料中心報告稱,世界上幾乎每個地方都有微生物培養物保藏中心,它們一共包含超過 200 萬種細菌、真菌和病毒培養物。這個數字只是地球上豐富微生物多樣性的一小部分。
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微生物培養物保藏中心可以接收來自世界各地的樣本,但有些地方比其他地方產生更多的微生物。 耶拿微生物資源保藏中心從世界各地接收培養物,尤其是來自亞洲國家的培養物,據 JMRC 工作人員 Michael Ramm 說。一些國家或機構是當前微生物發現的熱點,也是大規模分離工作的所在地。我們經常聽到關於生物多樣性熱點和諸如渡渡鳥之類的警示性滅絕故事,但微生物保護很少成為公眾對話的一部分。
我們不考慮微生物保護的一個原因是,大多數微生物肉眼看不到,而且很難在自然棲息地之外生長;在實驗室中可以培養的環境細菌不到 2%。這使得微生物的儲存和培養成為一個棘手的過程,需要找到營養物質、鹽分和大氣條件的難以捉摸的組合。科學家可能需要數月甚至數年的時間才能將微生物從其棲息地中分離出來。
研究人員需要像全球培養物保藏中心這樣的儲存庫,以確保可以培養的珍貴培養物的長期儲存。伊利諾伊州皮奧里亞NRRL 培養物保藏中心的館長柯克·布羅德斯 (Kirk Broders) 對這些保藏中心的潛力感到興奮。“與世界各地正在進行有趣研究的研究人員聯絡併為他們提供資源......是我工作中最高興的部分。還有培養、生長和欣賞色彩繽紛的美麗真菌和細菌的簡單樂趣。”
從表面上看,這些保藏中心似乎是在像微生物博物館一樣編目培養物。然而,這些儲存庫的真正價值在於它們的科學潛力;下一個新型抗生素、可以治癒癌症的化合物或可以減少溫室氣體排放的微生物可能就隱藏在這些小瓶中。“在科學領域,很難預測哪些生物菌株可能在臨床上變得重要,”國家典型培養物保藏中心 (NCTC) 的館長 Sarah Alexander 說。“當科學家儲存菌株時,這些材料將可供下一代科學家使用,並且始終可以檢索。”
保藏中心允許科學家確保他們今天使用的菌株與 30 年前在研究中使用的菌株相同,就像 Wilhelm 的故事一樣。這就是為什麼許多培養物保藏中心開始收緊對提交菌株的限制,以使其被認可為保藏中心的正式成員。過去,對培養物的顯微鏡檢查可能就足夠了,但像 NRRL 這樣的儲存庫現在開始要求額外的安全措施來防止汙染:提交菌株的基因序列必須與科學家在實驗室中發現的相匹配。許多微生物也可能進化得非常快,而且即使在實驗室中生活幾個月也可能使菌株看起來與首次識別時不同。一旦微生物學家驗證基因序列匹配,就會透過冷凍儲存來儲存菌株,冷凍儲存是使用超低溫或液氮快速冷凍進行長期儲存的過程。
培養物保藏中心顯然是幫助科學更加開放、協作和可重複的關鍵實體。它們儲存了地球當前的微生物多樣性,並且可能擁有解決許多緊迫全球挑戰的微觀鑰匙。它們也是微生物世界的圖書館,每一種菌株都有一個獨特的故事;NCTC 中的第一個細菌分離株
是從第一次世界大戰計程車兵身上分離出來的,現在被用於治療痢疾。亞歷山大意識到了這些菌株的歷史和前景。“維護、儲存和培養包含來自 900 多個不同細菌物種的 6,000 多種菌株的保藏中心是一種榮幸。培養物保藏中心是一個生物儲存庫......我們可以透過它來儲存這些活著的展品,以確保它們可供研究使用。”
