生物信息技术在微生物研究中的应用

蒋 昊

（永州职业技术学院，湖南 永州 425000）

随着人们对生命科学的研究越来越重视，生物信息技术的探究领域也逐渐扩大，这离不开人类对HGP的有效实施，促进了生物技术的进步。生物的研究领域十分广泛，加上生物信息技术的进步，自然界中的微生物研究也涉猎极广。在微生物研究过程中，要注重微生物与环境的关系，在研究微生物变化过程的同时，以保护环境为首要准则，共同促进我国微生物研究技术的进步，维护世界的和平发展以及环境卫生。

1 生物信息技术的基本介绍

生物信息技术最初是以人类基因研究、生物学研究为基础，以信息科学的渗透为目标，逐渐发展成独立且信息技术特征显著的生物科学。“生物信息技术”是基于生物学、数学、计算机科学等方面的一门课程，除了基本的生物特性认识，还融合了现代科技对微生物进行剖析，不仅加深了人类对自然界生命的认识，还为现代新物种的生物信息解构、基因突变提供了解决方案，融合现代计算机技术，深入探索了生命科学。生物信息技术为现代人类的生命安全以及多样性微生物的研究作出了巨大贡献。

2 生物信息技术对微生物的辨识

2.1 生物信息技术在微生物辨识中的应用

现代科技对生物的研究更加精准，在微生物的研究过程中，突破了传统生物研究的桎梏，深入研究微生物从产生到强大的过程，并且对微生物的多样性进行了探究。生物信息技术通过数据的统计分析，将复杂问题简单化，探索多年以来人类研究微生物的盲区。科研人员从最小的组织结构开始（蛋白质序列以及DNA序列）研究，通过精准的基因分析来对微生物进行辨别，再标识。生物信息技术的重要性无处不在，对根际微生物培养的研究也很到位。近年来，我国对微生物的辨识发展较快，其中，通过生物信息技术对微生物进行测序标识的方法十分有效，弥补了我国传统生物研究手段的粗糙。现代生物信息科技的重要性在于能够详细分析微生物的生物特性，一般情况下，这种方法兼具灵便性以及高效性，是传统研究方法不可比拟的。

在生物信息技术对微生物的研究过程中，例如lon AmpliSep采用靶向测序，科研人员通过这项技术，成功处理了获取DNA测序困难的问题。根据AmpliSep技术以靶向测序，可以在FDPE、复杂的群体当中提取DNA。AmpliSep只需少量样本，就能进行靶向测序，主要是因为AmpliSep Designer自定义组织Panel的特殊性能，在24 h内就可以从Lon Chef和lon S5系统中得到测序结果，只需花费手动处理的45 min。

2.2 生物信息技术对致病因子的研究应用

生物信息技术在对微生物进行辨识的同时，也具有研究致病因子的功能。辨识微生物还能进一步在混合的群体中精准定位突变因子。例如2019-nCoV病毒，存在于人体内部的相似性极高，同一病患以及不同病患的相似率都超过了99%，并且在发生感染传播之后，病毒还带有突变的可能性，只有及时监控病患、隔离受众，才能防止病患传播感染。此时通过生物信息技术对微生物进行序列测序，科研人员可通过荧光PCR法隔绝气溶胶污染，为保障医护人员的健康作出贡献。

3 生物信息技术处理微生物溯源中的研究应用

3.1 创造微生物良好的生存环境

微生物的生物结构很复杂，要探究微生物的源头需要耗费很大的精力。由于微生物对生存环境的要求较高，在适宜的物理化学条件稳定的情况下，才能正常发育生长。如果情况有所变化，微生物可能会被抑制或者消灭。采用生物信息技术对微生物的生存环境进行检测以及构建，对微生物的结构关系进行检测，在微生物研究中十分关键。例如在控制乳制品的有害物质时，首先，采用生物信息技术对菌株这类微生物进行分型、溯源，可以采用基因组分型的方法进行溯源；其次，在溯源之后，要注意防止微生物受到污染，影响微生物的发育，在此过程中，可以采取一定的防控措施，例如采用物理化学联合灭菌的方式等；最后，对菌株进行检测，为微生物的发育创造一系列完整的生存空间。最新的检测技术相对于传统检测技术而言，更加有效并且耗时更短。但是，随着生物信息技术的快速发展，微生物研究领域已经出现了相关的纳米检测技术，这类检测技术对微生物的保护会更加智能[1]。

3.2 建全微生物的发育体系

在研究微生物时，科研人员可能会发现突变的微生物基因，这类基因一般存在特殊性，而传统的微生物处理办法很难解决相关问题。要准确把握微生物突变的基因，可以采用生物信息技术的基因测序方法，通过测序到的基因进行比照，从中挖掘相关联的突变基因进行信息技术分析，构建微生物的发育体系，在体系内部可以精准定位突变基因的源头，提供解决方案。在这类基因转变为病毒之前，及时遏制。

4 生物信息技术在农业上微生物的研究应用

4.1 生物农药对微生物的查杀

生物信息技术的发展为人类的生活服务也创造了一定的条件。传统的农药喷洒可能会造成毒药入侵人体的危害，对人类的生命安全具有潜在威胁。微生物元杀虫剂可以清除植物体内的病害源，但不危及人类的生命安全。为微生物提供一个稳定的生存条件很重要，一方面，对于微生物而言，一旦空气遭受污染，微生物的结构可能存在被侵害的风险，并且攻击微生物的病害也会增多，进而影响微生物的繁殖；另一方面，在现代种植技术的发展下，许多农户或者农场主要采用大棚种植的方法，能够有效增加蔬菜的产量，但同时也要做好病虫害防护措施。例如，安装病虫害防护设施，可以起到直接的保护作用，抵御外界的侵袭。此外，要注意对蔬菜的保护，在栽种之前，要及时清理土壤，对土壤中存在的有害物质进行消毒清理，例如洒石灰，组织氧气灌入土壤，生成情况不稳定的微生物[2]。

4.2 生物信息技术对植物的育种和培育

生物技术信息除了对有生长能力的植物有帮助外，还能在一定情况下对新物种进行培育，生物信息技术的基因工程技术可以促进微生物的繁殖。一般情况下，在农业发展上，人们都会保留优良的品种进行下一代培育，这类品种不仅品质高，对人类的身体还有一定的优化作用。在对优良品种的培育下，生长出来的植物抵抗能力更强，并且繁殖能力也较强。

5 生物信息技术对药物合成的研究

微生物的特性相当丰富，同时，微生物的新陈代谢也十分丰富，这为科研人员研究药物合成做足了准备，提供了充足的科技基础，随着生物科技的发展，也为人类提供了丰富的药物合成平台。药物合成的成果不断增多，在生物科技推动药物合成的发展道路上又前进了一步。微生物药物的合成与研究是现代药物合成的一个新阶段，在现阶段的抗生药合成中，科研人员一般会进行微生物序列的分析和探究，提取微生物分子结构，通过基因工程来挖掘新的物质。主要是生物酶催化，通过基因组序列来合成他汀类药物的关键中间体，主要是在Yarrowia lipolytica ACA-DC 50109的基因序列的鉴定下分析出来的。当情况稳定后，通过优化环境，细胞的合成率提高，且成功率也较高[3]。

在药物合成过程中，可以通过生物信息技术来筛选微生物存在的新型基因，一般运用强大的基因分析工程来筛选酶工程，同时，运用高通量筛选平台、理性设计或者非理性设计工具，可以开发出更丰富的酶催化剂，并且适时定位最适宜酶催化剂生存发展的环境，更好地提供药物合成的需要。目前，他汀类药物的成本较高，主要是因为现代生物信息技术要求较高，需要促成中间体BHA的合成，搭建好他汀类药物结构关键点，进而完成构建。

6 生物信息技术对生物药物的发展

现代生物药物已经达到稳定并且快速发展的程度，比如在抗生素的研究领域中，十分注重生物科技的基因分析工程。通过这种方式，可以优化抗生素的原体结构，与天然物质靠拢。在微生物初级新陈代谢的过程中，利用共价系统构建的方式，使不同的微生物结构进一步合成，组成与众不同的分子结构。该方法是实现人为基因的重要步骤，可以为天然物质的构建提供实践经验。

7 生物信息技术对实现致病基因研究的应用

7.1 分子生物学的相关理论

伴随着科技腾飞的时代更迭，人类对生命的重视程度也越来越高，从普通的看面相治病、把脉的中医治病理疗法，发展到了看微生物治病的阶段，由宏观层面发展到了微观层面，对于人类的身体结构可以深入细胞等微小结构。人类可以从单个细胞生物观察到组织群体、族群体，甚至细胞的内部结构，通过显微镜观察，激发科研人员的技术思想，使他们着重分析蛋白分子水平，为人们进行微生物研究提供了强大的技术支撑，进一步推动了生物学的研究发展。

7.2 生物信息技术与分子生物学的融合

目前，我国对微生物的研究融合了更多先进的生物科技，科研人员在微生物的基因研究过程中提出了更多问题，并且也及时调整了研究方向。针对基因、基因剪的关系，对基因组进行了详细的研究。主要方法是比较基因组序列同源性，进而有效保证疾病得以解决。在微生物内部准确定位病菌，找准病菌所在的族，为解决病菌提供一定的理论支撑。

例如，过期的食物会产生一系列病菌，人类食用之后也会产生一系列疾病，常见的有大肠埃希氏菌感染，进而导致肠炎病发。病发阶段会伴随着一系列呕吐、腹泻的症状，严重的话还会导致人类机体休克。通过科研人员的不懈努力，最终在大肠埃希氏菌感染上获得了一定成果。通过基因条形码的构建，科研人员对病菌体进行标识，并进行下一步检测，将高通量测序技术应用到检测上，以提高病菌的检测效率。与此同时，生物信息技术还实现了对细菌治病原理的探索，其对肠道感染的控制以及治愈有重要的实践意义。科学、合理地利用生物信息技术，为科研人员研究更深度的病机理论提供了重要依据，也对人类的生命安全以及微生物的重构具有重要意义，在微生物资源二次利用以及开发利用的过程中，为科研人员提供了强大的支撑体系[4]。

8 结语

我国的生物信息技术在经济技术的支持下发展得更加壮大，我国微生物研究的方法也更加多元化。一方面，为生命科学的研究与发展提供了一个稳定的基础空间；另一方面，为实现我国技术强国的发展提供了推动力。因此，应增加生物技术的储备力量，大力投资我国的生物信息技术，鼓励生物信息技术在微生物的研究领域得到更好的应用，推动我国经济技术的发展。微生物的研究领域在不断扩大，所需的理论支撑以及技术支撑也在不断增加，并且，在研究微生物的道路上会面临更多阻碍，相关科研人员和技术人员一定要坚定信心，勇往直前。