16S,rRNA基因应用研究进展_基因编辑的研究进展

　　【中图分类号】R446 【文献标识码】A 【文章编号】1672－3783(2011)07－0434－02 　　【摘要】16S rRNA分析的实验技术为微生物生态学的研究提供了新的研究方法，因此越来越多的学者利用16S rRNA进行各种实验的研究并取得了骄人的成绩。本文对16S rRNA基因的获得做一简单介绍，重点介绍16S rRNA基因的应用。16S rRNA在细菌菌种鉴定、环境保护、疾病诊断等方面都取得了很好的研究进展，不久的将来16S rRNA基因将会为人类做出更大的贡献。
　　【关键词】16S rRNA；菌种鉴定；疾病诊断；环境保护
　　
　　前 言
　　随着遗传学、分子生物学、细胞生物学等学科的迅速发展，越来越多的新方法和新技术被应用于分子水平研究领域。在这样的背景下，16S rRNA基因的研究无论在广度和深度上都取得了显著的成就，16S rRNA基因技术的应用在微生物多样性、微生物种群分析、重要基因的发现、以及遗传物质在微生物之间或微生物与非生物环境之间相互关系等方面均做出了巨大的贡献，并开辟了微生物生态学研究新的领域。关于16S rRNA基因方面的综合性论述尚未见报道，本文将为该领域的进一步研究提供必要的综合信息。
　　1 16S rRNA基因的简介:细菌rRNA按沉降系数分为3种，分别为5S、16S和23S rRNA。其中位于原核细胞核糖体小亚基上的16S rRNA长约1540bp，结构和碱基排列复杂度适中，较易于进行序列测定和分析比较。16S rDNA是细菌染色体上编码16S rRNA相对应的DNA序列，存在于所有细菌染色体基因中，它的内部结构由保守区及可变区两部分组成，因此可用PCR扩增其相应的rDNA片断，来快速、灵敏地检测样品中是否存在某些细菌或致病菌，或进行细菌多样性分析。
　　2 16S rRNA基因在细菌菌种鉴定中的应用:1977年C.Woese通过对各种生物的rRNA进行分析，认为16S rRNA基因及其类似的rRNA基因序列作为生物系统发育指标最为合适，提出了可将自然界的生命分为细菌、古菌和真核生物三域（domain），揭示了各生物之间的系统发育关系，使微生物学进入到成熟时期，因此许多研究采用测16S rRNA基因部分序列的方法进行多样性分析。Funke等测定从人体分离到的棒杆菌依赖补体细胞毒性Ⅰ组及其类似棒杆菌的16S rRNA序列，通过对这些序列的比较发现这两个棒杆菌组都属于放线菌属，再结合其它的分子实验结果及以前的生化试验结果，提出其为放线菌一个新种，即钮氏放线菌。Gaydos等通过对肺炎衣原体的1554bp 16S rRNA序列与鹦鹉热衣原体及砂眼衣原体的16S rRNA序列进行同源性比较并绘制了系统进化树，发现肺炎衣原体与后二者的同源性分别为96%和94%，证实了以前根据其它方法研究所得出的结论，同时说明从遗传进化角度来看，肺炎衣原体与鹦鹉热衣原体的进化关系比与砂眼衣原体的关系更近。
　　随着大部分细菌的16S rRNA序列的获得以及核酸扩增16S rRNA序列测定自动化分析系统的问世，必将引起细菌分类的一次重大变革，它可以使人们进一步了解细菌的进化关系，从而产生以16S rRNA序列分析为主体的所有细菌的系统发育树。
　　3 16S rRNA基因在疾病的诊断方面的应用:目前，几乎所有病原菌的16S rRNA基因测序均已完成，因此被选为细菌病原体PCR扩增部分或全部序列的目标。16S rRNA序列分析为基础的细菌检测法在目前识别异常细菌引起的疾病上扮演着重要的角色。Relman等利用16S rRNA 序列中的保守区段设计了寡核苷酸引物，用来扩增杆菌性血管瘤病人的靶DNA序列。他们还发现现在具有一定病症的病人的组织污染物中已发现有细菌形成，但并没有培养出致病菌。近几年，人欧利希氏病、肠原性脂肪代谢障和少菌性骨髓炎的致病因子也是通过PCR扩增 16S rRNA 进行序列分析发现的；同样，疏螺旋体的不同区域分离物根据此法也已被鉴定。
　　由于细菌种间16S rRNA基因序列间隔区在长度、序列上具有相对多变性，所以利用保守区的基因作为引物，对间隔区进行克隆和分析，就能为病原微生物的各菌株、种、属的鉴定、分型提供依据。该检测技术目前已被成功的运用到了病原菌的种、属以及家族种类的鉴定中。
　　4 16S rRNA基因在环境的保护中的应用:16S rRNA序列分析随着微生物核糖体数据库日益完善已应用于海洋、湖泊、土壤、大气等环境微生物多样性分析。不少学者利用16S rRNA基因序列分析技术研究了多种环境的微生物多样性，并得到了一些有意义的结果。如Glovanoni等研究了Sargasso海洋中浮游细菌的遗传多样性，因此提高了海洋微生物中致病菌的检测速度，对于提高海产品质量，维护人类身体健康有重要的实际意义；Tanner等发现不同污染物对细菌群落多样性有显著的作用；Oureas等发现农业土壤微生物群落显著生理活性差异及其多样性；Nuble等发现氧化光能利用菌群落16S rRNA基因的丰度与其形态型显著相关。吴春笃教授等对镇江城市污水中微生物的16S rRNA进行检测，发现污水中细菌16S rRNA基因主要来自变形细菌(proteobacte-ria)的各亚族，占总检序列的86.3%，还有脱铁杆菌门(Deferribacteres)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)等类群，该发现为制定治理城市污水生物性污染的措施提供了科学依据。随着各种学科的不断发展和学科间的交叉应用16S rRNA基因将会在环境保护中发挥更大的作用。
　　参考文献
　　［1］ 刘文强，贾玉萍，赵宏坤. 16S rRNA在细菌分类鉴定研究中的应用［J］. 动物医学进展，2006，27（11）：15-18.
　　［2］ 王凤兰，王晓东. 分子微生物生态学技术在中国油田开发中的应用［J］. 应用与环境生物学报，2007，13（4）：597-600.
　　［3］ 陈国忠，李文均，徐丽华，姜成林. 16S rRNA二级结构的研究进展及其在系统分类中的应用［J］. 生物学杂志，2005，25（5）：55-57.
　　作者单位：163712 大庆师范学院生命科学学院 黑龙江大庆