印蕾，高向东，顾觉奋

    微生物支撑着地球上的物质循环和生命延续，除了自身可作为新基因资源的重要来源外，还可产生对人类有价值的活性物质。然而，传统纯培养方法严重限制了人们对微生物资源的认识和开发。一方面，随着对微生物活性产物研究的深入，微生物往往被重复培养和筛选，从传统方法来筛选新活性物质的几率不断下降。另一方面，多达 99% 的微生物在现有实验条件和技术下尚未得到纯培养，其中蕴含着大量潜能微生物和基因资源[1]。近年来，随着基因组学在各个领域的渗入和现代分子技术的逐渐成熟，宏基因组学(Metagenomics)应运而生，开启了环境微生物研究的新方向。1986年，Olsen 等[2]提出直接从环境中克隆核糖体小亚基 DNA(16SrDNA)，首次运用非纯培养的分子生物学方法研究展开微生物多样性研究。随着环境基因组学(Environmental genomics)概念的出现[3]以及第一个海洋微生物宏基因组文库的建立[4]，宏基因组学研究开始受到广泛关注。1998 年，Handelsman 等[5]在前人研究的基础上正式提出了宏基因组(Metagenone)的概念，即“特定生态环境中所有生物遗传物质的总和”。宏基因组学则以环境样品中微生物群体基因组为研究对象，采用功能基因筛选和测序分析等研究工具，从不可培养微生物中来寻找新基因或开发新生物活性物质[6]。宏基因组学的产生使人们摆脱了物种界限，克服了传统微生物培养方式的缺陷，扩大了微生物资源的利用，掀开了环境微生物研究的新篇章。

    1 宏基因组学研究策略

    区别于传统培养途径(图 1)[7]，宏基因组学的研究过程包括从环境样品中提取基因组 DNA；载体连接；转化宿主细胞，形成一个重组的 DNA 文库；筛选目的克隆 4 个步骤。

    1.1 提取 DNA

    图 1 传统培养方法和宏基因组筛选微生物活性产物研究流程的简略比较

    宏基因组文库构建的第一步是要得到高质量的 DNA，既应尽力保证环境样品中总 DNA 的完全提取，又要得到较大的片段以获取表达所需的完整的目的基因或基因簇。所以 DNA 提取时，应尽量在最大提取量和最小剪切力间保持平衡。目前已有许多商品化的宏基因组 DNA 提取试剂盒可用。最常用的两种提取方法为直接裂解法和间接提取法 ......