生物信息技術在微生物研究中的應用

蔣 昊

（永州職業技術學院，湖南 永州 425000）

隨著人們對生命科學的研究越來越重視，生物信息技術的探究領域也逐漸擴大，這離不開人類對HGP的有效實施，促進了生物技術的進步。生物的研究領域十分廣泛，加上生物信息技術的進步，自然界中的微生物研究也涉獵極廣。在微生物研究過程中，要注重微生物與環境的關系，在研究微生物變化過程的同時，以保護環境為首要準則，共同促進我國微生物研究技術的進步，維護世界的和平發展以及環境衛生。

1 生物信息技術的基本介紹

生物信息技術最初是以人類基因研究、生物學研究為基礎，以信息科學的滲透為目標，逐漸發展成獨立且信息技術特征顯著的生物科學。“生物信息技術”是基于生物學、數學、計算機科學等方面的一門課程，除了基本的生物特性認識，還融合了現代科技對微生物進行剖析，不僅加深了人類對自然界生命的認識，還為現代新物種的生物信息解構、基因突變提供了解決方案，融合現代計算機技術，深入探索了生命科學。生物信息技術為現代人類的生命安全以及多樣性微生物的研究作出了巨大貢獻。

2 生物信息技術對微生物的辨識

2.1 生物信息技術在微生物辨識中的應用

現代科技對生物的研究更加精準，在微生物的研究過程中，突破了傳統生物研究的桎梏，深入研究微生物從產生到強大的過程，并且對微生物的多樣性進行了探究。生物信息技術通過數據的統計分析，將復雜問題簡單化，探索多年以來人類研究微生物的盲區。科研人員從最小的組織結構開始（蛋白質序列以及DNA序列）研究，通過精準的基因分析來對微生物進行辨別，再標識。生物信息技術的重要性無處不在，對根際微生物培養的研究也很到位。近年來，我國對微生物的辨識發展較快，其中，通過生物信息技術對微生物進行測序標識的方法十分有效，彌補了我國傳統生物研究手段的粗糙。現代生物信息科技的重要性在于能夠詳細分析微生物的生物特性，一般情況下，這種方法兼具靈便性以及高效性，是傳統研究方法不可比擬的。

在生物信息技術對微生物的研究過程中，例如lon AmpliSep采用靶向測序，科研人員通過這項技術，成功處理了獲取DNA測序困難的問題。根據AmpliSep技術以靶向測序，可以在FDPE、復雜的群體當中提取DNA。AmpliSep只需少量樣本，就能進行靶向測序，主要是因為AmpliSep Designer自定義組織Panel的特殊性能，在24 h內就可以從Lon Chef和lon S5系統中得到測序結果，只需花費手動處理的45 min。

2.2 生物信息技術對致病因子的研究應用

生物信息技術在對微生物進行辨識的同時，也具有研究致病因子的功能。辨識微生物還能進一步在混合的群體中精準定位突變因子。例如2019-nCoV病毒，存在于人體內部的相似性極高，同一病患以及不同病患的相似率都超過了99%，并且在發生感染傳播之后，病毒還帶有突變的可能性，只有及時監控病患、隔離受眾，才能防止病患傳播感染。此時通過生物信息技術對微生物進行序列測序，科研人員可通過熒光PCR法隔絕氣溶膠污染，為保障醫護人員的健康作出貢獻。

3 生物信息技術處理微生物溯源中的研究應用

3.1 創造微生物良好的生存環境

微生物的生物結構很復雜，要探究微生物的源頭需要耗費很大的精力。由于微生物對生存環境的要求較高，在適宜的物理化學條件穩定的情況下，才能正常發育生長。如果情況有所變化，微生物可能會被抑制或者消滅。采用生物信息技術對微生物的生存環境進行檢測以及構建，對微生物的結構關系進行檢測，在微生物研究中十分關鍵。例如在控制乳制品的有害物質時，首先，采用生物信息技術對菌株這類微生物進行分型、溯源，可以采用基因組分型的方法進行溯源；其次，在溯源之后，要注意防止微生物受到污染，影響微生物的發育，在此過程中，可以采取一定的防控措施，例如采用物理化學聯合滅菌的方式等；最后，對菌株進行檢測，為微生物的發育創造一系列完整的生存空間。最新的檢測技術相對于傳統檢測技術而言，更加有效并且耗時更短。但是，隨著生物信息技術的快速發展，微生物研究領域已經出現了相關的納米檢測技術，這類檢測技術對微生物的保護會更加智能[1]。

3.2 建全微生物的發育體系

在研究微生物時，科研人員可能會發現突變的微生物基因，這類基因一般存在特殊性，而傳統的微生物處理辦法很難解決相關問題。要準確把握微生物突變的基因，可以采用生物信息技術的基因測序方法，通過測序到的基因進行比照，從中挖掘相關聯的突變基因進行信息技術分析，構建微生物的發育體系，在體系內部可以精準定位突變基因的源頭，提供解決方案。在這類基因轉變為病毒之前，及時遏制。

4 生物信息技術在農業上微生物的研究應用

4.1 生物農藥對微生物的查殺

生物信息技術的發展為人類的生活服務也創造了一定的條件。傳統的農藥噴灑可能會造成毒藥入侵人體的危害，對人類的生命安全具有潛在威脅。微生物元殺蟲劑可以清除植物體內的病害源，但不危及人類的生命安全。為微生物提供一個穩定的生存條件很重要，一方面，對于微生物而言，一旦空氣遭受污染，微生物的結構可能存在被侵害的風險，并且攻擊微生物的病害也會增多，進而影響微生物的繁殖；另一方面，在現代種植技術的發展下，許多農戶或者農場主要采用大棚種植的方法，能夠有效增加蔬菜的產量，但同時也要做好病蟲害防護措施。例如，安裝病蟲害防護設施，可以起到直接的保護作用，抵御外界的侵襲。此外，要注意對蔬菜的保護，在栽種之前，要及時清理土壤，對土壤中存在的有害物質進行消毒清理，例如灑石灰，組織氧氣灌入土壤，生成情況不穩定的微生物[2]。

4.2 生物信息技術對植物的育種和培育

生物技術信息除了對有生長能力的植物有幫助外，還能在一定情況下對新物種進行培育，生物信息技術的基因工程技術可以促進微生物的繁殖。一般情況下，在農業發展上，人們都會保留優良的品種進行下一代培育，這類品種不僅品質高，對人類的身體還有一定的優化作用。在對優良品種的培育下，生長出來的植物抵抗能力更強，并且繁殖能力也較強。

5 生物信息技術對藥物合成的研究

微生物的特性相當豐富，同時，微生物的新陳代謝也十分豐富，這為科研人員研究藥物合成做足了準備，提供了充足的科技基礎，隨著生物科技的發展，也為人類提供了豐富的藥物合成平臺。藥物合成的成果不斷增多，在生物科技推動藥物合成的發展道路上又前進了一步。微生物藥物的合成與研究是現代藥物合成的一個新階段，在現階段的抗生藥合成中，科研人員一般會進行微生物序列的分析和探究，提取微生物分子結構，通過基因工程來挖掘新的物質。主要是生物酶催化，通過基因組序列來合成他汀類藥物的關鍵中間體，主要是在Yarrowia lipolytica ACA-DC 50109的基因序列的鑒定下分析出來的。當情況穩定后，通過優化環境，細胞的合成率提高，且成功率也較高[3]。

在藥物合成過程中，可以通過生物信息技術來篩選微生物存在的新型基因，一般運用強大的基因分析工程來篩選酶工程，同時，運用高通量篩選平臺、理性設計或者非理性設計工具，可以開發出更豐富的酶催化劑，并且適時定位最適宜酶催化劑生存發展的環境，更好地提供藥物合成的需要。目前，他汀類藥物的成本較高，主要是因為現代生物信息技術要求較高，需要促成中間體BHA的合成，搭建好他汀類藥物結構關鍵點，進而完成構建。

6 生物信息技術對生物藥物的發展

現代生物藥物已經達到穩定并且快速發展的程度，比如在抗生素的研究領域中，十分注重生物科技的基因分析工程。通過這種方式，可以優化抗生素的原體結構，與天然物質靠攏。在微生物初級新陳代謝的過程中，利用共價系統構建的方式，使不同的微生物結構進一步合成，組成與眾不同的分子結構。該方法是實現人為基因的重要步驟，可以為天然物質的構建提供實踐經驗。

7 生物信息技術對實現致病基因研究的應用

7.1 分子生物學的相關理論

伴隨著科技騰飛的時代更迭，人類對生命的重視程度也越來越高，從普通的看面相治病、把脈的中醫治病理療法，發展到了看微生物治病的階段，由宏觀層面發展到了微觀層面，對于人類的身體結構可以深入細胞等微小結構。人類可以從單個細胞生物觀察到組織群體、族群體，甚至細胞的內部結構，通過顯微鏡觀察，激發科研人員的技術思想，使他們著重分析蛋白分子水平，為人們進行微生物研究提供了強大的技術支撐，進一步推動了生物學的研究發展。

7.2 生物信息技術與分子生物學的融合

目前，我國對微生物的研究融合了更多先進的生物科技，科研人員在微生物的基因研究過程中提出了更多問題，并且也及時調整了研究方向。針對基因、基因剪的關系，對基因組進行了詳細的研究。主要方法是比較基因組序列同源性，進而有效保證疾病得以解決。在微生物內部準確定位病菌，找準病菌所在的族，為解決病菌提供一定的理論支撐。

例如，過期的食物會產生一系列病菌，人類食用之后也會產生一系列疾病，常見的有大腸埃希氏菌感染，進而導致腸炎病發。病發階段會伴隨著一系列嘔吐、腹瀉的癥狀，嚴重的話還會導致人類機體休克。通過科研人員的不懈努力，最終在大腸埃希氏菌感染上獲得了一定成果。通過基因條形碼的構建，科研人員對病菌體進行標識，并進行下一步檢測，將高通量測序技術應用到檢測上，以提高病菌的檢測效率。與此同時，生物信息技術還實現了對細菌治病原理的探索，其對腸道感染的控制以及治愈有重要的實踐意義。科學、合理地利用生物信息技術，為科研人員研究更深度的病機理論提供了重要依據，也對人類的生命安全以及微生物的重構具有重要意義，在微生物資源二次利用以及開發利用的過程中，為科研人員提供了強大的支撐體系[4]。

8 結語

我國的生物信息技術在經濟技術的支持下發展得更加壯大，我國微生物研究的方法也更加多元化。一方面，為生命科學的研究與發展提供了一個穩定的基礎空間；另一方面，為實現我國技術強國的發展提供了推動力。因此，應增加生物技術的儲備力量，大力投資我國的生物信息技術，鼓勵生物信息技術在微生物的研究領域得到更好的應用，推動我國經濟技術的發展。微生物的研究領域在不斷擴大，所需的理論支撐以及技術支撐也在不斷增加，并且，在研究微生物的道路上會面臨更多阻礙，相關科研人員和技術人員一定要堅定信心，勇往直前。