图为刘长庭教授作学术报告
他表示:“空间微生物学科的深入研究对我国制药、保健食品、功能性食品的研发、保障航天员乃至人类健康等都非常重要。这样大的工程,一个单位或几个单位都是无法完成的。只有军民融合,发挥军民共同力量,协同创新,取长补短,才能出成果。”
微生物是地球之王,在地球上存在数亿年,广泛存在于空气、水、土壤和其他生态系统,对人类破坏性最大。刘长庭团队在神舟8、9、10、11号飞船及天宫1、2号搭载了微生物及获取部分下行菌。在极端环境下,微生物会改变其形态、生长速度等,所以研究空间环境对微生物的影响和相关的机制是科学前沿问题。他们团队经过8年多对空间微生物研究,提出“空间微生物分子效应学说”理论,发表在国际著名学术期刊《环境微生物》杂志。
在20世纪70年代,NASA提出利用独特的空间环境的诱变效应,以生产抗生素、疫苗和次级代谢产物,2001年美国航天飞行搭载链霉菌在天空飞行17d后放线菌素D产量由地面菌株的 0.47μg/mL提高到1.02μg/mL,美国通过10天的航天飞行任务,发现棕黑腐质霉次代谢产物与地面对照样品相比,产量增加了190%。
我国神舟1、3、4号飞船搭载弗氏链霉菌,其生产的泰乐菌素的产量提高了91.5%。2011年,刘长庭团队在神舟8号搭载了产重组人干扰素a1b菌株,获得了5株高产菌,产量最高可增加3倍。他们发现神舟10号飞船搭载的产酶溶杆菌产量提高了3.5倍,具有很好的稳定性。其代谢产物可用于裂解重组蛋白的工业生产,具有较高的特异性、效率和稳定性。赖氨酸特异性酶目前生产效率不高且发酵周期较长造成其价格昂贵,通过太空诱导筛选出赖氨酸特异性酶,产量高、周期短、稳定性好,有望使胰岛素类产品价格更低廉,更好的造福糖尿病等患者。空间诱变后,他们筛选出正向突变的芽孢杆菌疫苗菌株,最后对工程菌变异关键分子的作用机制进行分析及对结构进行研究,筛选获得了芽孢杆菌突变疫苗菌株表达量提升4倍,且该突变稳定遗传。
植物乳杆菌ST-20在神州10号飞船和天宫2号飞船均进行搭载,突变株ST20-71发酵产生苯乳酸量增高,ST20具有提高肠道菌群多样性的益生功效。SR-35空间菌株在保护大鼠胃粘膜和调节肠道菌群方面效果显著,通过大鼠实验研究表明,在胃粘膜的修复以及调节肠道菌群方面,空间组要显著好于地面对照组。将筛选得到的5株高产胞外多糖的空间植物乳杆菌菌株连续传代50代,其中SP-119菌株产胞外多糖高,产量稳定,其降胆固醇效率提高了42%,降血糖效率提高了19%。通过筛选得到的空间罗伊氏乳杆菌突变菌株SR-27发酵成的酸奶,具有浓郁的炒麦风味,凝乳结实,活菌数高,达到世界水平。将筛选得到的6株α-葡萄糖苷酶活性抑制率较高的空间植物乳杆菌菌株连续传代50代,得到产量较稳定的空间菌株SP-5,该菌株对II型糖尿病模型鼠的血糖水平降低了70%,并有效提升胰岛素水平和抗炎因子水平,对高脂高糖引起的脂肪肝有改善作用,使II型糖尿病大鼠的死亡率降低了75%。酵母突变空间菌株ST-26生物量、发酵速度均比地面高出70%,能在耐高温35~37℃和耐低温12~15℃中发酵,在酿葡萄酒的过程中,可在更低温度下进行,有助于降低酿酒过程中被污染的风险;耐高温的性质,有利于大量生产活性干酵母,耐受温度范围大,可改变发酵温度微调果酒香气。筛选1株红曲霉空间突变菌株SM-4,产红曲色素的能力比地面高出3.71倍。这些研究,为实现强国强军战略目标,促进军民融合,保障人类健康做了有意义的工作。