CBIITA理事长 邓子新：探索极端环境中微生物的潜力

来自极端环境的微生物，正为理解生命的适应与进化带来新见解。图片来源：A Dharma Prasetya/Shutterstock

微生物虽小，但影响深远。它们塑造生态系统，影响人类健康，甚至能在过去认为完全不适宜生存的地方繁衍生息。近期发现展示了微生物的非凡适应能力，也显示出其应对全球性挑战的潜力。

几十年来，很多人认为海洋中深度超过六公里、被称为“超深渊带”（hadal zone）的区域是一片了无生机的“生命荒漠”，中国上海交通大学（SJTU）微生物代谢全国重点实验室（State Key Laboratory of Microbial Metabolism）的深海微生物学家肖湘说。

然而，通过马里亚纳海沟环境与生态研究项目（MEER，又称溟渊计划），肖湘团队颠覆了这一由来已久的观点。MEER于2021年启动，是首项对深海海沟生命开展的系统研究。该项目发现了6700多种此前未知的微生物物种，并揭示出超深渊带“是微生物的宝库”，肖湘说。

此后，他的团队建立了一个深海微生物数据库，展示生命如何适应极端高压和永恒的黑暗¹。

这是该实验室的诸多重要研究成果之一。实验室致力于揭示细菌、真菌及其他微生物如何通过合成独特的化学物质宝库，在极端环境中繁衍生息。

“微生物代谢的领域充满未知宝藏”，其中许多在人类健康、农业和环境领域具有应用价值，中国科学院院士邓子新说，他自实验室2011年成立以来一直担任主任。

邓子新所在的研究团队发现，一些细菌会将DNA骨架中的一个氧原子替换为硫原子，以抵御噬菌体攻击。这是一种此前未发现的修饰²。邓子新将其形容为“发现了遗传字母表中的一个全新字母”，刷新了我们对DNA的认识，同时也为新诊断工具、基因编辑技术和疗法带来启发。

中国上海交通大学微生物代谢全国重点实验室主任邓子新。图片来源：中国上海交通大学（SJTU）微生物代谢全国重点实验室

该实验室的研究已经取得了实际应用成果。这当中包括申嗪霉素（Shenqinmycin ）³的开发，这是一种源自土壤细菌的绿色生物农药，可保护作物免受真菌病害侵袭；实验室还培育出研究人员所称的“超级微生物”，通过工程改造，能够降解石油泄漏、高盐废水和受污染土壤中的污染物；此外，他们还开发出一种利用酵母生物合成维生素E的方法，与以往方法相比成本更低、更安全，也更可持续。

这类研究“凸显出在传统方法力有不逮的领域，利用微生物代谢应对全球性挑战的潜力。”领导其中部分项目的微生物学家、实验室副主任刘天罡说。

邓子新认为，实验室的成功在于其全局视角。研究人员没有聚焦于单个、孤立的分子，而是绘制出动态的微生物代谢网络。“微生物代谢的奥秘位于深度探索的前沿，但其应用深入千家万户的日常生活。”他说。

展望未来，邓子新希望通过基础科学与实践创新的融合，把实验室建设成为具有全球影响力的研究枢纽。他的愿景是拓宽对极端环境中微生物代谢认知的边界，并将这些认知应用到生物制造和药物开发领域。

“这将有助于践行我们的使命——探索生命和自然的奥秘，并造福人类。”他说。

参考文献：

1. Xiao, X. et al. Cell 188, 1363–1377 (2025).

2. Zhou, X. et al. Mol. Microbiol. 57, 1428–1438 (2005).

3. Du, X. et al. Appl. Microbiol. Biotechnol. 97, 7767-7778 (2013)