生物科技产业拥抱极端微生物，创造无限未来

这是《肠道产业》第 447 篇文章

编者按：

在生物科技领域中，有时候遇到的麻烦，难以用常见的微生物来解决，比如标准大肠杆菌。当这些微生物无法满足你的要求时，你就需要一些更为极端、更为奇特的东西——极端微生物。

极端微生物是指能够在如高温、低温、高酸、高碱、高盐、高毒、高渗、高压、干旱或高辐射强度等极端环境中正常生长繁殖的微生物，而这些极端环境对普通生物（包括人类）而言是不可耐受的，一度被认为是生命禁区。

正是因为这种不同寻常的生存能力，使得这些微生物能够解决一些棘手的问题，从对抗化学武器、助力农作物健康到抗衰老。

今天，我们共同关注极端微生物的应用，希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些帮助和启发。

    极端微生物

如果给予足够的时间和合适的突变，即使在最恶劣的环境中，生物体都有可能可以适应并茁壮成长。

从火山温泉到盐碱地，微生物几乎无处不在。但是这些“极端微生物（热衷于极端环境）”不仅只是沉迷于进化的“怪癖”，它们坚韧和非凡的能力同样增加了它们对于生物技术领域的价值。

极端微生物对现代生物科学产生了一些显著的影响。聚合酶链式反应（PCR）就是一个例子，作为分子生物学中最为必要的实验步骤之一，它使得科学家们能够复制目标 DNA 片段。这一技术使用了一种名为聚合酶的热稳定性酶，它是从黄石国家公园的温泉中发现的一种水生嗜热菌种中分离的。鉴于其对科学所做的贡献，1989 年聚合酶被 Science 杂志命名为“年度分子”。

自那以后，科学家们发现了更多这样具有韧性的微生物，并研究了它们杰出的性能。从农业到日化领域，极端微生物现在是许多用于解决生物危害的应用研究项目的一部分。

图.那不勒斯附近的 Solfatara 火山赋予了嗜极生物 suolobus solfataricus 名字。

    对抗化学武器

有机磷化合物因其毒性而臭名昭著。它常常被用于消毒，也已经转变为高效且致命的化学武器。这包括正在进行的叙利亚内战中部署的神经药剂沙林（Sarin），以及 2017 年暗杀金正恩流亡在外的同父异母的兄弟时使用的毒气 VX。

可以理解的是，当前，全球各政府都在积极寻找能够快速降解这些有毒物质的方法。通过关注极端微生物，Gene & Green TK 公司可能已经找到了一种解决方案。

这家位于法国马赛的生物科技公司创建于 2013 年，源于艾克斯·马赛大学 Eric Chabrière 教授、Mikael Elias 博士与法国国防采购局合作开展的研究，其目的是寻找能够分解有机磷酸盐的酶。

该公司的旗舰产品使用了一种在极端微生物——古菌 Sulfolobus solfataricus 中发现的酶，这种古菌生存于维苏威火山附近的火山池中。

Gene & Green TK 公司的首席科学官 David Daudé 表示：“这一极端环境使得酶具有极大的稳定性，让它能够抵御多种苛刻的条件。“

“实验室中有一种定向进化方法，可以用于让微生物在几分钟内提高降解大部分有机磷物质的效率。“

这种酶的出现使得快速、安全、简单且环境友好地净化有机磷武器和毒素成为可能。该酶也可以应用于环境和设备的过滤系统中，甚至由于该酶可以以无毒的方式进行生物降解，因此可能可以以一种喷雾或淋浴的方式用于皮肤。

“常用化学溶剂氢氧化钠和漂白剂具有腐蚀性，且对于人类来说并不安全，而这提供了一种非常有前景的替代选择，” Daudé 解释说，“根据北大西洋公约组织（NATO）的建议，我们的工作已经推动了一种净化喷雾的开发，但是它现在仍需被进一步证实。”

（编者按：北大西洋公约组织，简称北约组织或北约，是欧洲及北美洲国家为实现防卫合作而建立的国际组织，拥有大量核武器和常规部队，是西方的重要军事力量。）

图.嗜极菌 XT1 能抑制真菌的生长。

    助力农作物健康

全球农业部面临的主要挑战是将产能最大化，以养活日益增加的人口，同时减少对于合成肥料和杀虫剂的依赖，这些物质越来越多地被认为是长期不可持续的。

Xtrem Biotech 生物技术公司，源于格拉纳达大学极端微生物研究小组的研究。该公司正在利用以极端细菌为基础的农用益生菌解决这一挑战。他们选择的极端菌种，是一株被称为 XT1 的乳杆菌，最初分离自西班牙南部的盐碱地。

这株菌具有耐受苛刻条件的特性，包括耐高土壤盐度、干旱、极端pH值和紫外线辐射。这意味着，它能够在土壤中休眠很长时间，直到环境条件达到最佳状态，并且易于贮存和运输。

但是，这一微生物还具有一种特殊的能力——能够刺激作物生长并保护作物不受病原体侵害，这使得它成为农用化学品的有前景的替代品。XT1 会产生一些促进作物生长的物质。其中包括作物生长会用到的氨基酸和糖，增加根系形成的植物激素，以及很多能够保护作物免受霉菌和其他农作物病原体损害的抗菌物质。

Xtrem Biotech 公司的首席执行官 Borja Torres 说：“一般来说，控制这些问题的措施是使用强效化学品，并遵循‘焦土政策（scorched earth）’，杀死一切，不论好坏。”

（编者按：焦土政策一种军事战略，指毁坏地面上所有的一切，包含农作物、工厂和城市，破坏任何可能对敌人有用的东西。）

他补充道：“如果使用得当，XT1 的有效性与这些化学品的效果相当或者更好，它的使用方法与化学品不同，是以预防的方式。必须强调的是使用者的安全性和环境的可持续性，而在这方面，生物产品远远领先于化学品。”

Xtrem 公司的 biostimulant 产品已经在番茄、胡椒、南瓜、黄光、卷心菜和草莓上试用，取得了令人鼓舞的效果。

“经过五年的开发和实地试验，已经确定了它的疗效。”Torres 解释说，“当前的目标就是与一个已经建立合作关系的伙伴达成商业协议，以推进监管流程，并考虑对技术进行再许可，从而使我们能够在新产品和新菌株的开发道路上走得更远。”

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图. 留尼汪岛的火山，是 Deinococcus geothermalis 的故乡。

    产生抗老分子物质

法国的生物科技公司 Deinove 自 2006 年成立以来就一直在收集各种各样的稀有微生物，至今已经收集了数千种。通过筛选他们不断扩大的微生物库，Deinove 公司为一系列应用（包括新的抗感染化合物的生产）挑出了几种极具前景的极端微生物。

Deinove 公司最前沿的产品是，应用于日化行业的一个抗衰老剂。这种化合物存在于一种名为 Deinococcus geothermalis 的极端微生物中，这种微生物采集于印度洋上留尼汪岛的火山温泉。

“为了对抗这种极端条件，它们已经进化出自我保护的手段。特别是它们会产生类胡萝卜素化合物，这是一种天然的防护物质。可以提取这些物质，并将这些抗性的特性转移到皮肤，因为皮肤也面临着像空气污染和紫外线辐射这样的压力因素。”Deinove 公司的首席执行官 Emmanuel Petiot 说。

植物烯，是所有类胡萝卜素的前体，具有显著的抗氧化特性，可以防止细胞退化，并最终预防皮肤老化。但是我们人类的皮肤上并不会自然产生，而且目前也没有有效的方法来提取植物烯并将其用于商业用途。

Deinococcus geothermalis 可以合成类胡萝卜素的能力，对于它在野外的生存至关重要，这也使得它成为生产纯化的植物烯的首选。

“Deinococcus geothermalis 是完美的选择，只要你像我们一样了解掌握这种细菌，”Petiot 说，“目前的主要的挑战是，引导我们的菌种定向进化，以拥有大规模生产植物烯的能力，以便向市场提供首个高纯度的植物烯产品。”

很显然，极端微生物将接着拓宽生物科技的视野。目前，我们仅看到了大自然供给的极小一部分。据预估，地球上可能有超过一万亿种微生物，其中 99.999%都尚未被发现。

探索这种惊人的生物多样性，将会是一项无穷尽的事业。探索条件最为恶劣的栖息地可以发现大量“聪明”又顽强的嗜极端环境的微生物，它们优于大部分其他生命形式的性能可以被进一步应用。

原文链接：http://www.labiotech.eu/in-depth/extremophiles-european-biotech/

作者｜Farhan Mitha

编译｜C。

审校｜617

编辑｜笑咲

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