微生物是地球的拓荒者，在地球貧瘠的環境中頑強斗爭，開墾著生命的沃土，為之后各種生命在地球的立足奠定了基礎。目前對微生物的認知約占其總量的1%，這極大地限制了科學家對微生物生命的了解，并且阻礙了對通常來自微生物的新功能分子的尋找。因此，探索及開發近99%的未知微生物是一項艱巨而富有挑戰性的任務，也具有廣闊的前景。
為充分了解和認識特殊生境微生物，田永強教授團隊前期通過合理設計多種選擇性培養基對特殊生境(鹽堿地、鹽濕皮、鉻污染場地、藥用植物、發酵食品等)可培養微生物進行了完整地分離、收集及保存，并采用現代分子生物學手段初步完成了整理和歸類；針對所發現的疑似新物種，團隊系統地開展了以基因型、表型和化學特征為主的多相分類鑒定研究工作。上述工作完成了近2000株嗜(耐)鹽細菌、耐鉻細菌、內生放線菌和乳酸菌的收集及保藏，極大程度地豐富了我國的極端環境微生物菌種資源庫。首次報道并正式命名了原核微生物新物種近20個，包括Halomonas saliphila sp. nov.、Gracilibacillus salitolerans sp. nov、Ornithinibacillus salinisoli sp. nov.、Planococcus halotolerans sp. nov.、Leucobacter chromiisoli sp. nov.、 Streptomyces geranii sp. nov.、Paracoccus acridae sp. nov.、Ochrobactrum teleogrylli sp. nov.等，所鑒定的新物種均已獲得國際同行認可——有效模式菌。相關科研成果已發表于國際原核生物系統學委員會會刊International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology (IF2020 = 2.747)。
圖1. 嗜鹽菌株SCU50分離純化及多相分類鑒定
這些來自特殊生境的未知微生物類群，經過長期的適應與進化，形成了獨特的生物多樣性、遺傳背景和代謝途徑，以適應外界極端生存環境。例如，嗜鹽菌能在高鹽濃度條件正常生長繁殖，因而具有易于實現開放式、規模化發酵生產的天然優勢。嗜鹽菌新種具有生物合成的新途徑和新機理，是尋找挖掘具有特定生理功能的生物大分子的重要源頭。微生物胞外多糖因其安全無毒，理化性質獨特，特異性優良而備受人們的關注。目前自然界發現有100多種微生物產胞外多糖，主要是細菌，也有少數真菌。然而，隨著工業化社會的高速發展，現有的微生物胞外多糖產品的種類已遠不能滿足現實需要，新型微生物胞外多糖的挖掘及應用開發迫在眉睫。
為進一步挖掘和開發新型微生物多糖，該團隊后續在以特殊生境微生物為主的新糖源發現、糖鏈結構、功能特性、構效關系及多糖基活性食品包裝膜開發等方面開展了大量的基礎性研究工作。多糖發酵后，經醇沉、除蛋白、透析等系列前處理，再經離子色譜和尺寸排阻色譜完成多糖純化制備。采用HPAEC-PAD、HPSEC-RI-MALLS、GC-MS、FTIR、TG-DSC、XRD、NMR、SEM等開展了多糖的單糖組成、分子量、熱穩定性、晶型結構、鍵合方式和初級結構的測試及表征，并完成了多糖分子功能特性分析。上述工作開發了多個具備特定功能的新型胞外多糖，相關科研成果已發表于生物大分子領域國際知名期刊Food Chemistry (IF2020 = 7.514)、International Journal of Biological Macromolecules (IF2020 = 6.953)和Frontiers in Microbiology (IF2020 = 5.640)。
圖2. 芽孢桿菌SCU-E108胞外多糖結構表征
圖3. 乳酸菌F2胞外多糖流變學特性
相關論文鏈接如下：
[1] Int J Syst Evol Microbiol 2021; 71(7) (https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004923)
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[3] Int J Syst Evol Microbiol 2020; 70(6): 3701–3710 (https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004224)
[4] Int J Syst Evol Microbiol 2020; 70(4): 2217-2225 (https://doi.org/10.1099/ijsem.0.003964)
[5] Food Chem 2021; 365: 130496 (https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.130496)
[6] Front Microbiol 2021; 12: 744007 (https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.744007)
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[8] Int J Biol Macromol 2020; 154: 1140–1148 (https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.11.143)
