快速有效筛选目标微生物的新方法

文库和细菌人工染色体（BAC）文库。
•
二、宏基因组文库构建
1、载体系统选择
常用的克隆载体有: 质粒载体(如pUC18和pUC19)，插入片段一般小于10 kb； Cosmid(黏粒载体，如pWE15)，插入片段30～45kb； BAC(细菌人工染色体，如pBeloBAC11)，插入片段大于
100kb。
依据提取样品总DNA前是否分离细胞，可以 分为原位裂解法和异位裂解法。
1、原位裂解法（直接提取法）
原位裂解法是在环境样品中加入DNA提取缓冲 液，使细胞裂解然后从样品中直接提取DNA 并纯化的方法。
优缺点：该法提取的DNA产量较高，操作容易、 成本低，但纯度低，腐植酸等污染严重，往往 还需要经过纯化处理才能满足后续分子生物学 操作的需要，此外，由于机械剪切作用较强， 提得的DNA片段长度有限（1-50Kb），常适 用于构建小片段插人文库(以质粒和噬菌体为 载体)的DNA提取。
• 异位裂解法是先把微生物细胞从环
2
境样品中分离出来，再从微生物细
、
胞提取DNA并纯化。
异
位 裂
• 优缺点：所得的DNA纯度较高，但 DNA产量及所包含的基因组信息的 广泛性不及直接提取法并且操作繁
解
琐、成本高、得率低。间接提取法
法
提得的DNA片段长度相对较长（20500Kb），适合构建黏粒（cosmid）
2 化合物结构水平的筛选
化合物结构水平的筛选(Screening on compound structure)是根据不同结构的物质在色谱中有不同的吸收 峰值，通过比较转入和未转入外源基因的宿主细胞或发酵 液抽提物的色谱图，筛选产生新结构化合物的克隆子。
3、转化
在宏基因组克隆中，所谓转化是指通过适当的方法 使宿主细胞处于感受态，从而摄取重组DNA的水平 方向的基因转移过程。
其方法有CaC12法和电穿孔法。
CaC12法即用高浓度的Ca2+诱导细胞使其成为能摄取 外源DNA 的感受状态，该方法自建立以来已广泛 用于以大肠杆菌为受体的重组质粒的转化，但该方 法转化效率不高。
• 宏基因组(the genomes of the total micro biota found in nature) 是指生境中全部微生物基因的总和。它包含了可培养的和 未培养的微生物的基因总和，微生物主要包括环境样品中 的细菌和真菌。
• 宏基因组学( metagenomics)是一种以环境样品中的微生物 群体基因组为研究对象，以功能基因筛选和测序分析为研究 手段，以微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、 相互协作关系及与环境之间的关系等为研究目的的新的微生 物研究方法，也称为微生物环境基因组学、元基因组学或生 态基因组学。
电穿孔法是用高压脉冲电流击破宿主细胞膜或击成 小孔，从而使外源DNA由小孔进入细胞，该方法转 化效率较高。
三
、
宏
1 功能驱动的筛选
基
2 化合物结构水平的筛选
因
3 序列驱动的筛选
组
4 底物诱导的筛选
文
库
筛
选百度文库
1 功能驱动的筛选
功能驱动的筛选(Function-driven screening)即基于活性的筛选。
宏基因组文库； • 宏基因组文库筛选。
一、环境样品DNA提取
提取步骤通常需要满足两个条件： ①尽可能提取样品所有微生物的基因， ②保持片段的完整和纯度。
目前所开发的DNA提取方法有两种： 细胞提取法和直接裂解法
直接裂解法：
物理法：冻融法、超声法、玻璃球珠击打法、液氮碾磨法 化学法：常用化学试剂有表面活性剂、盐类、有机溶剂等 酶裂解法
它主要研究从环境样品获得的基因组中所包含的微生物的遗 传组成及其群落功能，为充分认识和开发利用非培养微生物， 并从完整的群落水平上认识微生物的活动、最大限度地挖掘
微生物资源提供了可能
第二节 宏基因组学技术流程
• 从环境中提取宏基因组DNA； • 用核酸内切酶切割成一定长度的DNA片段
并连接到合适的载体上； • 转化宿主菌，形成一个重组的DNA文库即
是根据重组克隆产生的新活性而进行筛选的方法。
优点：只要基因能在宿主中表达，就可以根据基因表达特性
进行筛选，能迅速找到可用于工农业和医药业的酶等蛋白质 和抗生素等天然产物；
缺点：目的基因必须能在宿主中进行功能表达，而基因表达
与否除了和宿主有关外，还决定于基因本身的完整性，这就 要求一方面要选择合适的宿主菌株，另一方面要求克隆到基 因或基因簇的全长，一旦克隆过程中基因的某个组件遭到破 坏将使基因无法表达，也就不能根据表型加以筛选。筛选工 作量大、效率低。
第一节 什么是宏基因组学
背景知识：
迄今，人们对微生物世界的认识基本都来源于对占细菌总 种数不到1％ 的微生物的单个种群的孤立研究结果。然而微 生物是通过其群落而非单一种群来执行在自然界物质与能量 循环中的作用的，对微生物群落作为整体的功能认识远远落 后于对其个体的认识。这种状况不利于全面认识微生物在自 然界所扮演的重要角色。为了获得完整的环境微生物基因表 达产物，早在1978年许多学者就提出了直接从环境中提取微 生物DNA的思路，1998年，ARIAD pharmaceutical公司的科 学家Handelsman等首次提出宏基因组的概念。
较大基因片段。
2、宿主系统选择
宿主菌株的选择主要考虑：
转化效率，重组载体在宿主细胞中的稳定性，宿主能否 为相关功能基因提供必需的转录表达体系，对异源表 达基因产物提供必需的转录表达体系，对异源表达基 因产物是否有较强的相容性，以及目标性状(如抗菌性) 及缺陷型等因素。
研究表明，不同微生物种类所产生的活性物质有明显差 异，不同的研究目标应选择不同的宿主菌株。鉴于 7O% 的抗生素来源于放线菌的事实，若以寻找抗菌、 抗肿瘤活性物质为目标，选择链霉菌为宿主较理想； 而筛选新的酶则采用大肠杆菌为宜。
选择合适的载体系统，应考虑以下因素 :
所提DNA的质量及研究目的，包括欲插入目的片段 的大小、所需要的载体拷贝数、使用的宿主以及筛 选方法等。
如对腐殖质含量较高或剪切较严重的DNA样品适宜 构建质粒文库，小片段的文库适用于筛选新的与代 谢相关的单基因或小操纵子。而对于含较大基因簇 或大片段的DNA样品则适宜构建Cosmid、Fosmid 或BAC文库，从而筛选由较大基因簇编码的复杂 代谢途径或能够表征环境中未培养微生物基因组的