微生物研究所发展战略报告

微生物研究所发展战略报告

一、研究所重点领域的国内外发展趋势

1．微生物资源

进入新世纪以后，微生物学家已经开始结合采用传统微生物学、分子生物学、基因组学和与生物学相关的交叉学科的思路和手段，在广阔的时空范围内，系统调查和研究自然界中微生物（特别是未培养微生物）的种类、生活方式、相互作用以及与环境的关系，揭示物种起源和进化的规律；同时，在基因组学和生物信息学等的支持下，继续在分子水平上探讨不同种类微生物的基本生物学过程、代谢方式和调控规律，阐明微生物的代谢多样性；此外，在微生物资源的利用方面，积极发展高效筛选方法和工具，开发具有重要应用前景的微生物产品和功能，促进国民经济和社会的发展以及生态环境的改善。

2. 分子微生物学

分子微生物学在分子水平上揭示了微生物生命现象的本质，对微生物学和其他生命科学的发展起着重要的作用。分子微生物学新的研究方法和研究工具发展迅速；微生物基因组的测序已成为程序化的常规工作，功能基因组学和蛋白质组学的研究不断取得新的进展；基因表达的研究从转录水平深入到翻译和翻译后水平；微生物次生代谢产物合成途径及其基因相互作用，基因的特异性调控和全局调控成为国际热点之一；微生物代谢的研究从单一途径发展为整个网络；代谢组学、代谢工程新学科研究应运而生；微生物与宿主的相互作用成为当今该领域的热点; 以免疫系统为模式的细胞相互作用、信号转导、细胞凋亡、基因表达与调控，人类、动植物抵御病原菌侵染的分子机制及网络调控机制已成为本世纪生命科学的最重要的分支；癌症和重大疾病发生分子机理及防御治疗等重大领域的研究进展日新月异。

3.微生物生物技术

21世纪以来，微生物生物技术将在工业、农业、环保、医药等的应用范围不断扩大，分子育种已成为微生物育种的重要方法。绝大多数的酶制剂用工程菌生产，并用DNA模块组合(DNA shuffling)等分子酶工程方法结合高通量筛选技术获得新型生物催化剂和重要的手性化合物。利用细胞或酶作为催化剂实现物资转化的生物催化和生物转化加工技术，促使化工、能源、材料、环境等领域的技术改造发生深刻变革。代谢工程的进展使分子育种的目标扩展到涉及多基因的微生物初级代谢物和次级代谢物，并使生命科学与工程科学进一步结合。环境微

生物学已经发展成为一个内涵丰富、对国家经济建设和发展发挥重要作用的学科。采用分子生物学的方法生产环境友好的生物大分子材料如聚羟基烷酸、聚乳酸等。在环境治理方面，发展各种微生物治理技术，如复杂芳烃化合物的微生物降解与转化以治理石油污染的土壤、水系和其它工业废水；利用微生物的代谢活性和转化能力，生产清洁能源如氢气、生物质（木质素）转化成燃料酒精，达到社会可持续发展并从源头上保护环境。

二、研究所的现状分析及其与国际同类研究所的比较

我所在传统的微生物资源的调查、分类和保藏方面积累了丰富的品种和知识，菌种保藏库菌种数达14000余株，真菌标本室保藏标本达40万号。建立了新型中国热带高等真菌多媒体数据库。《中国孢子植物志》（电子版）10卷成为我国分类研究成果的旷世巨著；在分子微生物学研究方面，70年代由我所独立完成的转座子Tn2转座特性的研究论文在国际著名刊物1980年《Cell》发表。我所与兄弟所合作完成了腾冲嗜热杆菌基因组全序列测定，是我国首次完成的微生物基因组全序列测定，结果发表在2002年《Genome Research》。在逆转录病毒与宿主相互作用研究中克隆了一个新的参与调控逆转录病毒复制的宿主基因，研究结果发表在2002年《Science》杂志；发酵和酶学研究有悠久的传统和雄厚的基础，为我国的氨基酸、酶制剂、微生物医药等产业作出了重要贡献，如二步发酵法生产维生素C技术转让550万美元,糖化酶产生的经济效益上亿元。

为了实现进入我院30个国际著名研究所的目标，经反复研究比较，选择了美国Rutgers 大学Waksman Institute of Microbiology（简称Waksman微生物所）作为比较对象。Waksman微生物所以发现链霉素（1939年）而获1954年诺贝尔医学奖的Dr. Selman Waksman 命名。现任所长Dr.Joachim Messing 构建的JM菌、M13mp、pUC系列载体已在国际上广泛使用，具有相当大的影响。现从以下几方面对两个所比较:

1.体量：微生物所创新工程核定161人，其中研究组长28人。Waksman 微生物所现有固定人员136人，其中研究组长18人，二者大体相当。

2.研究方向：微生物所近年发展为微生物资源、分子微生物学和微生物生物技术三大领域，并有部分研究从微生物扩展到动植物, Waksman微生物所现发展为分子遗传学、基因表达调控和生物分子间相互作用以及计算机和结构生物学研究，研究材料也从微生物扩展到动植物。

3.研究经费：微生物所与Waksman微生物所存在相当大的差距。前者近三年的年总经费（包括项目聘任研究组的经费收入）平均约4000万人民币，而

后者达1400万美元，相差约3倍。

4.科学产出，微生物所与Waksman微生物所同样存在很大的差距。近三年，中科院微生物所年均在SCI收录刊物发表论文52篇，同期Waksman微生物所为72篇。数量上的差距尚不足以反映二者在科学产出方面的差距，更大的差距是论文的质量，在影响因子高区的论文数Waksman所远多于微生物所。

综上分析：微生物所与Waksman微生物所在体量、研究领域等方面都有一定的可比性;微生物所与Waksman微生物所在投入与产出方面仍存在相当大的差距。其实质性的差距仍然是如何准确把握和占据科学研究领域前沿、原始性科学创新及科研人员的素质水平问题。

三、研究所科技发展战略

拟提出以下集成性科研项目，作为微生物所近期发展的突破口：

1．典型生态环境微生物系统科学研究

选择典型生态环境，以生态基因组学研究为主线，结合分类学、分子生态学研究和理化分析，阐明特定环境中微生物的群落结构、分布、代谢类型、所参与的物质转化以及与环境的相互作用，建立特定环境的微生物生态模型；开发具有生物技术应用价值的微生物产品和功能，促进对特定环境的保护、利用和改造。选择具有代表性的微生物物种作为模式系统，系统地开展DNA复制、次生代谢调控、糖基化与糖链代谢途径、特殊化合物代谢等方面的研究，争取在古菌DNA 复制、链霉菌次生代谢调控、真菌糖基化途径、细菌特殊代谢途径形成一流的科研群体，做出高水平的研究工作。

2. 微生物生物活性物质的研究开发

通过自建、引进、合作及共建等多种方式建立新的筛选模型，并引入先进的高通量筛选技术从中发现新型的抗真菌、病毒及肿瘤的活性物质、芳烃类污染化合物降解酶、糖链代谢酶和手性化合物转化酶等具有生物技术开发价值的微生物产物和功能。建成一个国内最大、在国际上有影响的微生物活性物质筛选平台，形成从资源、筛选模型到获得先导物的技术集成，为我国的农业、环境和健康事业的可持续发展作出重要贡献。

3.生物催化和生物转化

研究极端环境微生物的生物多样性和功能多样性，从中发现、获得能催化不同的氧化还原、水解、醛缩等反应、功能多样的新型酶，通过生物学与化学的学科交叉、优势互补，揭示生物催化和生物转化规律，设计出几种重大产品的理想生物催化过程，促进化学工业的生物技术全面改造，提高我国化学制造业的国际影响和竞争力。