微生物与细胞资源的保存与发掘利用
|
|
2 .资源收集保藏
中国科学院生物遗传资源库工作委员会的 12 个资源库以其保藏生物资源类型的多样性、技术水平的先进性代表了我国生物资源设施保藏的水平，为中国科学院的生物学研究，以及面向国家重大需求的环境治理、重大疫病防控、生物能源开发、农作物育种和生物资源发掘利用等，提供了重要的支撑作用，以其基础性、权威性和前瞻性区别于产业部门和大学所属的资源库。截至 2018 年底，这些资源库保藏植物种子和离体材料、人及动物的细胞株和干细胞、微生物菌毒种、淡水藻种、海藻等各类生物资源超过 68 万株/份。每年提供各类生物资源应用 4 万—5 万株/份（表 2）。
开展专利生物材料保藏，支撑生物技术研发和知识产权保护。根据世界知识产权组织的统计 ②，分布在全球 25 个国家的 46 个《布达佩斯条约》国际保藏机构中，共收集保藏用于专利程序的生物材料 107 889 株/份。截至 2017 年底，全球用于专利程序的生物材料保藏量最多的国家是美国（371 927 株），中国位居第二位（25 654 株）；中国用于专利程序的生物材料年新增保藏量已持续 10 年保持第一位。在目前保藏量前 5 名的机构中（图 1），美国典型培养物保藏中心（ATCC）保藏量为 32 859 株，位于第一位；中国的 CGMCC（菌种保藏量 15 213 株）和 CCTCC（菌种保藏量 10 131 株）分别位于第二位和第四位；第三位是日本的国际专利生物保藏中心（IPOD），保藏量为 10 236 株；第五位是德国微生物菌种和细胞保藏中心（DSMZ），保藏量为 8 379 株。2010 年，CGMCC 通过 ISO9001 质量管理体系认证，将用于专利程序的生物材料的保藏管理纳入全过程质量控制，实现了资源收集、保藏管理的标准化、规范化。仅在 2018 年，CGMCC 受理保藏 1 922 株专利生物材料，保藏的生物材料类型包括：功能基因元器件、质粒、病毒、古菌、细菌、放线菌、酵母菌、丝状真菌、细胞株、干细胞、植物种子、植物离体材料等。2018 年当年 CGMCC 支撑我国科研人员提交 1 329 项专利申请，支撑 3 816 项专利进入公开阶段，为《中国专利法》的顺利实施，以及生物技术专利的申请和知识产权保护提供了不可或缺的技术支撑（图 2）。
建立国家级病原微生物菌毒种保藏中心，积极应对突发公共卫生事件。2018 年，中国科学院微生物研究所 CGMCC 和中国科学院武汉病毒研究所微生物菌毒种保藏中心被国家卫生健康委员会正式指定为“国家级病原微生物菌（毒）种保藏中心”。随着武汉高等级生物安全（四级）实验室平台正式运行，中国科学院武汉病毒研究所微生物菌毒种保藏中心已完全具备 1—4 类生物危害程度分类的菌（毒）种保藏资质能力与条件，以国家战略需求为导向，开展病原微生物（含高致病性病原微生物）的收集、引进、研究及共享利用服务。中国科学院武汉病毒研究所作为国家病毒资源库的依托单位，在 2016 年爆发的寨卡病毒突发公共卫生事件疫情防控中积极响应，成功分离得到 1 株寨卡病毒流行株；从法国、美国等引进了 7 株寨卡病毒毒种，并已作为欧洲病毒资源库 EVAg 项目在中国的分发中心之一，为国内 10 多家科研单位 20 余项国家科研课题分发了 35 株次寨卡病毒及抗体资源。此外，中国科学院武汉病毒研究所首次发现寨卡病毒分为 3 种基因型，并揭示了寨卡病毒的地域起源，这对该病毒的流行病学研究具有重要意义。
3 .资源调查与发掘
微生物遗传资源调查
我国从事微生物资源调查、区系分类研究、资源保护的科研人员在微生物资源保护和持续利用方面做了大量的工作，取得了一定的进展。但是，由于受技术所限，自新中国成立至 21 世纪前 10 年，我国组织的历次生物资源的科学考察活动，除了涉及一些大型真菌，基本没有系统开展过微生物资源的科考活动。随着基因测序技术和宏基因组技术的建立和应用，使得人们可以绕开微生物培养的瓶颈，了解自然环境中的微生物多样性、微生物群落结构与环境的关系及其形成、演化和维持机制，并指导微生物菌种的分离培养。自 2010 年起，科学技术部就科技基础性工作专项连续组织多次微生物资源调查研究项目，围绕我国特殊环境、特殊区域开展微生物多样性研究以及极端、特色微生物资源收集和资源储备，包括：青藏高原及新疆地区特色微生物资源与多样性调查（2012 年）、东北大小兴安岭地区菌物资源考察（2014 年）、西南喀斯特地区特色微生物资源及多样性调查（2014 年）、西藏地区极端特色微生物资源及其多样性研究（2015 年）和中国湖泊微生物多样性和资源调查（2017 年）。
2009 年，中国科学院启动“应用微生物研究网络（RNAM）项目”，整合了全院 26 个研究所的应用微生物资源、信息、研究力量和相关技术，实现了 6.4 万株微生物菌种资源、25 个环境元基因组文库，以及 80 余个基因组文库的网络化和万余条微生物资源数据的共享。
2012 年，中国科学院成立全国科学院联盟应用微生物领域分会，包括了来自 10 个省（自治区）的 17 个地方科学院相关研究机构加入分会。分会通过举办微生物菌种保藏、鉴定、信息管理培训班，制定推广微生物菌种保藏、信息管理等技术规范，提升分会成员单位的微生物分类保藏、分类鉴定以及信息管理水平。分会成员单位间签订战略合作协议，开展科技骨干派遣工作，协助成员单位开展科研能力建设。结合地方发展需求与成员单位现有优势，联合承担各类科研任务，有效服务于地方科技经济发展需求。
干细胞资源保藏
在干细胞研究应用方面，中国科学院动物研究所和中国科学院上海生命科学研究院分别是国家干细胞资源库和国家模式与特色实验细胞资源库的依托单位。2018 年，中国科学院上海生命科学研究院细胞与干细胞库为全国各地的 2 000 多家科研院所、高等院校、政府机关和生物医药公司等提供细胞资源共享超过 13 000 份，细胞资源用户覆盖全国 30 个省、直辖市、自治区，是我国基础研究和产业发展不可或缺的关键性平台之一。中国科学院动物研究所北京干细胞库于 2017 年启动中国首批经原国家卫计委和原国家药监总局备案的 2 个干细胞临床研究项目——“人胚胎干细胞来源的神经前体细胞治疗帕金森病”和“人胚胎干细胞来源的视网膜色素上皮细胞治疗干性年龄相关性黄斑变性”，为治愈许多难治性疾病翻开崭新的篇章。2018 年，中国科学院广州生物医药与健康研究院华南干细胞转化库建成了临床前 GMP 级别细胞存储与质量检测技术平台，并研制开发全自动干细胞诱导培养设备，将为实现干细胞治疗提供支撑服务。
为规范开展干细胞临床应用研究，中国科学院动物研究所北京干细胞库分别于 2018 年和 2019 年通过 ISO9001 认证和中国合格评定国家认可委员会（CNAS）组织的 ISO20387 国际标准认可现场评审，是 CNAS 首家试点认可评审的生物样本库，为落实《人类遗传资源管理暂行办法》提供了良好的参考标准和技术规范，对人类遗传资源的收集、保藏和合理利用意义重大。中国科学院动物研究所北京干细胞库还积极参与制定国际、国内干细胞相关标准的制定，于 2017 年首次发布了我国干细胞通用标准——《干细胞通用要求》和《人胚胎干细胞》。这 2 个标准将推动干细胞行业的规范化和标准化发展，在保障受试者权益、促进干细胞转化研究等方面发挥重要作用。
藻类资源挖掘和产业化应用
中国科学院水生生物研究所淡水藻种库挖掘库藏微藻资源，开展优质螺旋藻株系的选育及其高效经济培养技术探究。通过对不同品系螺旋藻的生长、生物量、蛋白含量进行综合评价，筛选出可以利用烟道气为唯一碳源的优良藻种，并建立锅炉尾气微藻养殖示范基地，回收、利用发电厂烟气，节能减排，改善空气环境质量。
在经济海藻海带产业化研发领域，中国科学院海洋研究所海藻种质库科研团队长期与行业龙头企业合作，针对不同海域栽培区的环境特点，培育了多个优质海带、裙带菜新品种（系），解决了引进种普遍存在的“奠基者”效应，结束了需要定期从海外引种的历史。目前，海藻种质库培育的系列杂交海带品种种苗的年生产量在 20 亿株以上，累计栽培面积超过 30 万亩，裙带菜每年种苗生产量超过 5 万帘，累计示范养殖推广面积超过 10 万亩，从而为我国北方地区海带栽培产业的提质增效作出了巨大贡献。