一文看懂--如何鑒定新菌種和新菌株
新菌種或者新菌株的發(fā)現(xiàn)和確定在微生物領域一直是一個重要的創(chuàng)新點。本文將根據(jù)近年來的相關研究,介紹我們該如何判斷一個菌株的新穎性。
在專利中對于微生物領域創(chuàng)造性的判斷規(guī)則

根據(jù)這些規(guī)則,我主要總結為:只要我們發(fā)現(xiàn)的菌株滿足(1)屬于新菌種或者(2)能產生預料不到的技術效果。滿足任意一條就可以申報專利。
細菌分類學的發(fā)展時間線

從1676年列文虎克發(fā)現(xiàn)細菌以來,微生物就一直經歷不斷的分類和細化。第一次革新是隨著電子顯微鏡和計算機技術的發(fā)展催生了DNA-DNA雜交技術,使得分類從形態(tài)生理學進入分子學層面。第二次是測序技術的發(fā)展,能對于微生物基因組能夠進行解碼和記錄,基于系統(tǒng)發(fā)育的角度能進入現(xiàn)代化分類。
細菌分類單元
結合現(xiàn)在的研究實際,最容易發(fā)現(xiàn)新穎性的細菌分類單元分別是1、屬,2、種,3、株。尤其是種和株。一個原核生物的種(species)是一群具有表型特征高度相似、親緣關系極其相近、與同屬其它種有明顯差異的個體的總稱。菌株(strain)是不同來源的某一種細菌的純培養(yǎng)物。此外,在分類中還有型(type/form)這一類別??梢愿鶕?jù)菌株的各種不同特征進行分類。如:生物型(biovar):具有特殊的生物化學或生理特性。
化學型(chemvar):能產生特殊化學物質的菌株群。
培養(yǎng)型(cultivar):具有特殊培養(yǎng)性狀的菌株群。
形態(tài)型(morphovar):具有特殊形態(tài)特征的菌株群。
致病型(pathovar):對一種和多種寄主有致病性的菌株群。
噬菌型(phagovar):對噬菌體有特異性反應的菌株群。
血清型(serovar):具有特殊抗原特征的菌株群。
我們可以感受到,目前對于菌株的分類其實是參雜著一些主觀和經驗型的。
細菌分類方法
然后我們進一步了解細菌分類的常用方法,主要分為三個方面:形態(tài)生理生化,分子學,化學成分。
為了確定目前最常用的鑒定方法,我查閱了一些近5年的文獻報告。
發(fā)現(xiàn)在乳桿菌中,最常見的確定流程如下。

值得注意的是,在這類細菌中,系統(tǒng)發(fā)育分析通常會使用16S,pheS,rpoA三種管家基因。在腸球菌中常見的確定流程如下。

在阿克曼氏菌中,開始有泛基因組的分析方法。

在其他菌中,最常見的還是16s,平均核苷酸相似度ANI和digital DNA-DNA雜交。

從這些文獻中,我總結了目前新菌種最普遍的確定流程。

而如何全面的鑒定和表述這個新菌種就需要結合多項分類學。從生理生化,化學成分,分子學鑒定多方面進行表征。

在分子學層面,其具體的閾值如下:

值得注意的是,目前常常使用的16SrRNA即使是高于其種的分類閾值后,仍然無法說明這就屬于一個種,比如在腸桿菌中相關的系統(tǒng)進化分析就是無效的。還需要進一步通過ANI和dDDH進行全基因組角度的判斷。
菌株分類研究現(xiàn)狀
對于菌株,其定義是:不同來源的某一種細菌的純培養(yǎng)物。非常的模糊。通過查閱近期的文獻,也發(fā)現(xiàn)對于新菌株的描述,分子學鑒定的主要意義是判斷其物種的歸屬。更多的研究著力點在于其關鍵產物的產量和特征功能的結果。也會伴隨者一些比較基因組學和泛基因組學研究其特征基因??傮w上,對于新菌株的鑒定并沒有特別統(tǒng)一的標準。

總結與展望
目前的細菌分類主要還是停留在16srRNA系統(tǒng)發(fā)育上,但是這個管家基因在細菌基因組上只占了很小的一部分。其不可靠性在學術屆越發(fā)達成共識。隨著現(xiàn)在全基因組技術的成本降低,全基因組測序開始成為流行,現(xiàn)在正在逐步拋棄16SrRNA構建的分類標準?,F(xiàn)在IJSME已經規(guī)定新種的發(fā)表必須提供全基因組序列。將全基因組作為細菌分類基礎數(shù)據(jù)已經成為必行的趨勢。
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