生物多樣性是遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性三個(gè)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(gè)生物多樣性最為豐富的國(guó)家組成了超級(jí)生物多樣性國(guó)家同盟 (Like-Minded Mega diverse Countries,LMMC)，中國(guó)是該同盟成員國(guó)之一，生物多樣性位列第8。

中國(guó)作為海陸兼?zhèn)涞拇髧?guó)，地貌和氣候復(fù)雜多樣，廣袤的國(guó)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(gè)省份及自治區(qū)，綿延4500千米，跨越4個(gè)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(guó)生物多樣性的疆域也不斷拓展。繼1985年初建成南極長(zhǎng)城站后，我國(guó)在南北兩極陸續(xù)建立了5座科考站。近10年來(lái)，“蛟龍”號(hào)、“深海勇士”號(hào)和“奮斗者”號(hào)深海載人潛水器，不斷創(chuàng)造新的深度，采集到了來(lái)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(guó)建立了極地微生物種質(zhì)資源庫(kù)和大洋微生物菌種庫(kù)。2020年“奮斗者”號(hào)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(guó)對(duì)大洋最深生物圈的探索已經(jīng)開(kāi)始。

在生物多樣性的應(yīng)用領(lǐng)域中，其藥用價(jià)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(chóng)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(lái)，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(kāi)發(fā)的特境微生物中發(fā)現(xiàn)新抗生素的前景如何？針對(duì)這一問(wèn)題，2013年以來(lái)，洛克菲勒大學(xué)Sean F.Brady教授的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了一系列探索工作。他們通過(guò)公眾科學(xué)項(xiàng)目“來(lái)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(guò)對(duì)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(jí)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(jí)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(jí)代謝產(chǎn)物的潛力越大。此外，該研究團(tuán)隊(duì)對(duì)澳大利亞397個(gè)地點(diǎn)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(yíng)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(jì)，2009—2020的十余年間，僅從來(lái)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(gè)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(jiǎn)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(guó)大會(huì)確立每年的5月22日為“國(guó)際生物多樣性日”?！吨袊?guó)抗生素雜志》編輯部匯集了我國(guó)十幾家科研院所及高校的微生物藥學(xué)同行，在海洋、紅樹(shù)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(kāi)展的研究工作，出版了2022年第5期“特殊生態(tài)環(huán)境微生物及次級(jí)代謝產(chǎn)物”專輯，以饗讀者，由于論文較多，專輯分2期刊出。

專輯中有5篇關(guān)于紅樹(shù)林微生物分離、活性篩選、新物種發(fā)現(xiàn)和次級(jí)代謝產(chǎn)物相關(guān)的研究論文，表明我國(guó)紅樹(shù)林研究基礎(chǔ)較好。我國(guó)海岸線漫長(zhǎng)，東南沿海紅樹(shù)林從浙江樂(lè)清一直延伸到廣西防城港，同時(shí)紅樹(shù)林在我國(guó)海南省和臺(tái)灣省沿海及港澳地區(qū)均有分布，因此高生產(chǎn)力的紅樹(shù)林仍然是研究者熱衷的特境。紅樹(shù)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(lái)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(kāi)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(guó)微生物藥物向極地深海進(jìn)軍的成果也在不斷涌現(xiàn)。

專輯中內(nèi)蒙古錫林郭勒盟鹽湖、新疆艾丁湖畔鹽生植物檉柳、塔克拉瑪干沙漠植物和寧夏鹽堿地等來(lái)源的藥用微生物研究，均與干旱鹽堿特境有關(guān)，這也是我國(guó)另一類重要的特境。代號(hào)為166A的新抗生素玄奘米星是這一特境的代表成果，166A是迄今世界上分子量最大，且具有罕見(jiàn)四糖結(jié)構(gòu)的硫肽類新抗生素，天然的多糖基取代使其在改善水溶性方面具有先天的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，已有的體內(nèi)外抗耐藥菌活性結(jié)果表明其具有一定的成藥潛力。166A的產(chǎn)生菌，小單孢菌屬菌株TMD166分離自我國(guó)新疆塔克拉瑪干沙生植物。可見(jiàn)，荒漠特境資源如Sean F.Brady研究組指出的那樣，是發(fā)現(xiàn)新抗生素的重要來(lái)源。

總之，本專輯的論文或綜述，反映了近年來(lái)我國(guó)科研人員在特境來(lái)源微生物及其次級(jí)代謝產(chǎn)物的一些研究進(jìn)展。相信隨著我國(guó)特境微生物資源的不斷開(kāi)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(dòng)，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(guó)新抗生素發(fā)現(xiàn)效率和微生物藥物研發(fā)將取得長(zhǎng)足進(jìn)步。

孫承航

2022年5月8日