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探訪真菌學國家重點實驗室:眾裏尋“菌”千百度
2019-02-26 09:59:10 來源: 經濟日報
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  真菌學國家重點實驗室的科研人員在選育食用菌野生菌株。 趙小平 攝(中經視覺)

  一名學生在實驗室對玉米苗進行真菌樣本採集。 記者 沈慧 攝

  真菌學國家重點實驗室的科研人員(右)在指導埃塞俄比亞留學生分離和鑒定酵母菌。 趙小平攝 (中經視覺)

  全球真菌約有150萬種,是一個數量僅次于昆蟲的第二大生物類群,與97%的植物共生。為了揭開這一龐大生物類群的奧秘,真菌學國家重點實驗室科研人員走遍祖國各地採集真菌標本,努力揭示真菌生命的起源及係統演化規律,真菌生命形式、生態功能和代謝方式多樣性的本質

  世界上最大的生物是什麼?梁龍,藍鯨,還是加州巨型紅杉?答案,或許讓你出乎意料:真菌。

  1998年,美國俄勒岡州馬盧爾國家森林公園發現一處真菌蹤跡,其年齡約為2400歲至8650歲,絕大部分生長在地下,構成一大塊類似觸須的白色菌絲體,它們沿著樹根蔓延,使樹木枯死,偷偷地通過土壤鑽出地面,最終覆蓋面積965公頃,相當于1350個標準足球場。

  這就是世界上最大的、單一的、在土壤以下相連的生物體——密環菌。在自然生態係統中,以密環菌為代表的真菌,是一個數量僅次于昆蟲的第二大生物類群,與97%的植物共生。這些千奇百怪的“精靈們”是何來路,該如何命名,有何特性,與自然環境和其他生物的相互關係對人類發展有什麼意義?這些正是真菌學國家重點實驗室的科學家們尋求的答案。

  數量龐大的生物群

  北京北五環,真菌學國家重點實驗室,一名學生透過顯微鏡聚精會神地盯著手中“銹跡斑斑”的玉米苗,將上面的“銹跡”小心翼翼地刮下。這些附著在玉米苗上的小小褐色斑點,便是銹菌,蔡磊研究員實驗室尋找的“獵物”——植物病原真菌。

  銀耳、金針菇、竹蓀、牛肝菌、靈芝……大家耳熟能詳的這些食用菌類,只是真菌大家族中的一個小小分支。據科學家保守估計,全球真菌約有150萬種,已被描述的僅有10萬余種,不足總數的10%。

  為了採集更多珍貴的真菌標本,實驗室的科研人員長年在野外工作,北至漠河,南抵西沙群島,東到撫遠縣東方第一哨,西達新疆紅其拉甫,足跡遍布祖國各地。

  “簡單説,實驗室就是致力于揭示真菌生命的起源及係統演化規律,真菌生命形式、生態功能和代謝方式多樣性的本質。”蔡磊告訴經濟日報記者。

  聽起來很枯燥?研究意義卻十分重大。世界上80%的植物病害由真菌引起,一些大的病徵可用肉眼直接觀察,有些則要借助顯微鏡進一步認識、了解。

  與真菌打了大半輩子交道的劉杏忠研究員主要從事真菌進化生物學方面的研究,比如,捕食真菌的起源、適應及生存機制。研究這個有何用?劉杏忠舉了個例子:大豆胞囊線蟲是一種發生普遍而且嚴重的病害,受害豆田平均減産30%至50%,嚴重者減産70%至80%。課題組對大豆胞囊線蟲的“天敵”——捕食真菌開展了多年的研究,並研發相關菌劑,最終創建了高效的生物防控體係,累計推廣2500萬畝,實現經濟效益15億元。

  “頂天立地”的研究成果

  一些水果、蔬菜放久了便會長出綠綠的“毛”,看起來讓人很不舒服。大多數人可能不知道,細菌感染時經常用到的青霉素就是從這些青霉菌裏提取的。在真菌學實驗室,一部分科學家致力于研究以念珠菌、曲霉菌、隱球菌為代表的人類病原真菌。

  耳念珠菌是2009年日本發現的一種新病原真菌物種,因為該菌具有多重耐藥和致死率高的特徵,也被稱為“超級真菌”。近年來,耳念珠菌在全世界不同國家快速傳播,並導致嚴重的醫院內感染。

  黃廣華課題組與北京大學人民醫院王輝教授團隊合作,報道了我國首例“超級真菌”感染病例,並研究了我國第一株“超級真菌(BJCA001)”的形態、毒性因子、耐藥性以及致病性特徵。與多個國家報道的多重耐藥菌株不同,中國菌株BJCA001對臨床上常用的抗真菌藥物普遍比較敏感。此外,團隊還發現硫酸銅對“超級真菌”具有很強的生長抑制效果,該研究為臨床“超級真菌”感染的防治提供了新的思路,也為國際同行進一步開展該菌的生物學研究提供了新方法。

  真菌感染是世界范圍內臨床醫學面臨的重要威脅,然而,絕大多數的侵襲性致病真菌來源于環境,它們與人類宿主並無緊密的共進化與共生關係。“真菌為什麼能夠引發致命侵染?它們的致病性與其獨特的環境適應能力有何關聯?這都是我們想要厘清的。”蔡磊表示。

  在此基礎上針對腫瘤、代謝性疾病等人體健康問題,深入開展真菌活性物質的相關研究,也是真菌學實驗室的一個重要方向。全新候選新藥分子7d就是實驗室非常有代表性的一個科研成果。

  我國代謝綜合徵患者眾多,代謝綜合徵是指以中心性肥胖或超重、糖尿病或糖代謝異常、高血壓、高血脂為主要組分的一組嚴重影響人類健康的臨床症候群,但目前臨床尚缺乏有效的治療藥物。劉宏偉團隊通過多年挖掘研究傳統菌物藥物,成功研制出一個安全性高、藥效顯著的抗治療代謝綜合徵的全新候選新藥分子7d。研究結果表明,該候選新藥分子對肥胖模型小鼠的體重增長抑制率超過50%,可以顯著改善胰島素抵抗、脂代謝紊亂等症狀。

  接地氣的新技術

  提起啤酒酵母,白逢彥研究員仍有點按捺不住內心的激動。2018年,荷蘭喜力啤酒公司生産了一批名為“野性拉格”的啤酒,所用的酵母菌正是白逢彥研究組從青藏高原發現並分離的啤酒酵母“祖宗”。

  在真菌學實驗室,這樣“接地氣”的科研成果還有很多。為保證冬蟲夏草資源的可持續利用,使其開發利用與生態環境保護相平衡,真菌學實驗室通過合作,支撐企業首創了人工培植冬蟲夏草的係統和方法,突破技術壁壘,形成大規模智能生態體係支撐百噸級冬蟲夏草的産能。

  微生物所三代科學家經過40多年努力,不斷創新微生物發酵法生産長鏈二元酸技術,克服了化學合成法生産高成本、高污染的缺陷,使我國成為了全球唯一掌握生物發酵法生産長鏈二元酸的國家。針對月桂二酸産業化過程中存在的諸多瓶頸問題,實驗室轉移轉化團隊開展了菌種改造、發酵優化、提取精制和産品開發4方面相對獨立而又緊密關聯的工作,進一步鞏固了我國發酵法生産月桂二酸的國際領先地位。新技術以2980萬元的轉讓費成功轉讓給上市公司寧夏新日恒力股份有限公司。項目投産後可實現年産月桂二酸5萬噸,産值約25億元,實現利稅約3.5億元。

  “隨著科學技術的進步,真菌對國民經濟和公眾健康的重要性愈發凸顯。真菌室將‘為滿足我國對真菌生物資源的戰略需求、生態係統健康、工農業生産、醫藥衛生及人類健康提供理論依據與物質基礎支撐’作為自己的定位。”蔡磊表示。

  用腳丈量祖國山山水水,摸清並守護我國真菌“家底”,解碼這些大自然的饋贈,真菌學實驗室的科研人員將砥礪前行。(記者 沈慧)

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【糾錯】 責任編輯: 劉陽
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