蓝细菌生物学和生物技术分析

蓝细菌生物学和生物技术分析

李浩浩

徐州市贾汪区市场监督管理局检验检测中心 江苏省徐州市 221011

摘要：蓝细菌作为光合作用、植物进化等各类基础生物学中的重要组成部分，蓝细菌具有非常大的研究潜力，通过从生物学与生物技术两个维度对蓝细菌进行分析，可以让蓝细菌未来研究工作的开展变得更加具有针对性。本文对蓝细菌生物学与生物技术进行分析，希望为关注蓝细菌生物学与生物技术的人群带来参考。

关键词：蓝细菌；生物学；生物技术

引言：蓝细菌作为我国生物领域的重要研究对象，通过对蓝细菌的生物学与生物技术进行分析，可以从多个维度加深对于蓝细菌的认知。而且蓝细菌生物学与生物技术的开发还需要面对非常复杂的生理元素与代谢表型改造需求，所以更应该有所侧重地开展蓝细菌研究工作。因此，有必要对蓝细菌生物学与生物技术进行分析。

1蓝细菌综述

蓝细菌作为可以实现放氧型光合作用的微生物，蓝细菌属于世界最为古老的细菌类群之一。很多学者通过对古生物化石开展了针对性分析，在分析过程中发现蓝细菌最早可能出现在34亿年之前。而且作为最早的放氧生物之一，蓝细菌的存在对地球整体的含氧环境生成以及生物圈的进化与完善发挥出了不可忽视的重要作用。蓝细菌不仅具有放氧能力，还可以实现固碳与固氮，因此蓝细菌的生物学与生物技术研究价值极高。蓝细菌结构简单且生长速度极快，所以蓝细菌能够应用在很多研究领域。蓝细菌的天然代谢网络能够实现重塑与拓展，因此蓝细菌还能在生物燃料以及生物基化学物质的绿色合成中发挥出不可忽视的重要作用[1]。

对于蓝细菌而言，无论是面对生理以及代谢机制的基础生物学分析，还是与固碳合成息息相关的光合生物技术研发，就将会面对大量与细胞生长、光合等作用息息相关的改造需求。在生物学研究期间，可以解析生理代谢机制，但是在分析中却需要主动获取特定表型下的蓝细菌突变体，而后者则需要结合生物学技术逆向分析突变机制。需要注意的是，因为蓝细菌的特殊性，所以相较于大肠杆菌、酵母等微生物缺少足够高效的遗传操作工具，所以在研究期间必然会更多依赖非理性以及非靶向菌株改造模式，只要能够从生物学与生物技术两个维度实现对蓝细菌的深度分析，就可以让蓝细菌研究工作的开展获得质的飞跃。

2蓝细菌生物学与生物技术的研究分析

2.1蓝细菌生物学分析

蓝细菌从结构角度可以认定为原核生物，而从功能层面进行分析，则能发现蓝细菌可以开展真核生物才能进行的放氧光合作用，通过对蓝细菌结构以及遗传特性进行分析，能够有效加深对于蓝细菌的认知。因为蓝细菌具有光合能力，因此蓝细菌在很长一段时间都被称为蓝藻，而直至今日，在国际层面已经认定蓝细菌为真细菌。目前已知的蓝细菌大约可以分为2000余种，因为蓝细菌的特殊性所以得到了很多专家学者的关注。由于蓝细菌代谢途径有很多，所以蓝细菌在提供营养、制药以及新能源开发中具有非常强的发展潜力。

从基因组学的角度对蓝细菌进行分析，可以通过对比的方式来分析不同种类基因组中的基因序列，通过分析蓝细菌基因序列的相似性并从细菌结构以及功能关系中进行分析，可以进一步掌握蓝细菌的实际情况。通过对野生蓝细菌与突变蓝细菌进行基因组分析，能够明确蓝细菌在基因组中的基因必需性，并以此为基础设计出相对更小的基因组。通过将蓝细菌与叶绿体光合系统进行对比，不仅能够对光合基因的结构稳定程度进行了解，还可以掌握蓝细菌开展光合作用所需要的基因组。

在对蓝细菌进行转录组学分析时，可以利用斑点阵芯片来分析集胞藻的基因表达修饰，有学者利用该芯片对蓝细菌的高光强响应能力进行了分析，发现蓝细菌缺少磷、硫、氮变化。微点阵技术同样可以用于蓝细菌检测分析，通过微点阵能够实现对蓝细菌的多样性分析[2]。

相较于转录组学，蛋白组学的最大特征就是低通量，这是因为双相电泳技术能够保障低回收率与非典型结构。在检测蛋白时可以通过激光解吸附飞翔时间质谱来完成，当前已经发表的蓝细菌蛋白组学研究多数均以聚球藻为主要内容，通过对藻殖段分化、固氮以及共生等内容进行综合分析，以此来掌握更加深入蛋白组学知识。仅从生物学的角度进行分析，蓝细菌蛋白组学的内容相对较少，蓝细菌生命活动表型可以视为蛋白直接作用后的结果，该领域内的研究分析的关键点在于蛋白组分属于动态元素。

不同于蛋白组学与转录组学，代谢组学的核心研究对象是各种小分子代谢产物，而且研究过程中所获得的数据往往能够直接表现出基因影响的代谢途径。通过在不同生理状态下进行代谢组学的测定，能够在一定程度反映出系统组生物学特征。通过在蓝细菌的不同生理状态下开展代谢组学测定，能够有效反映出生物学特征。通过电脑芯片可以建立代谢模型，结合芯片对生长速率与基因表达等内容进行分析，可以更加直观地发现蓝细菌的生物学特征。

2.2蓝细菌生物技术分析

系统组生物技术能够高效收集细胞组学数据，并通过代谢以及信号网络将这部分生物数据信息整合在一起，进而产生能够预测生物系统的模型参数，并实现对生物品系的改良与优化。生物技术的核心是生物学内容，现代生物技术的起步是药物制备，为了获取疗效好且分子量大的药物，需要结合基因工程、酶工程、蛋白工程等内容来进行针对性研究。然而常规现代生物技术大多属于低通量，所以只有通过克隆等方式来使用少量基因，使用效率与质量将会因此而受到影响。所以应该重点考虑基因变化所带来的影响，通过从基因组规模分析并解决问题，能够让蓝细菌生物技术的应用效果得到更多保障。

在蓝细菌生物技术中，集胞藻PCC6803非常常见，借助集胞藻可以实现对乳酸、乙醇等多种生物燃料以及化学品的整合。针对蓝细菌培养需求，集胞藻还可以应用在抗逆功能机制的改造中，以此来提高蓝细菌对溶剂、酸以及其他胁迫要素的耐受性。从大规模培养的角度进行分析，可以在蓝细菌光和生物制造技术的应用中，适当采用海水以及工业废水来进行基础，由于海水与废水中带有较高浓度的盐粒子，所以能够导致高渗透压胁迫，通过破坏内外渗透压之间的平衡性，将会容易导致细胞出现失水萎缩的情况。与此同时，进入细胞的无机离子将会在一定程度上影响到光合作用，这也将导致细胞出现稳态失衡的情况，所以需要针对集胞藻底盘细胞开展高盐耐受性优化，通过开展长期适应性分析，并每间隔一段时间对藻株进行转代，可以在培养进化转株的情况下增强蓝细菌在盐浓度下的抵抗能力[3]。

    从生物技术的角度出发，光照以及温度要素是开展光合作用最为常见的环境影响因素，通过提高底盘细胞对温度以及光照的耐受性分析，可以借助传代培养进一步提高蓝细菌耐受性。通过在实验室内以点光源LED灯为核心来进行传代培养，可以通过逐步增加光源强度的方式来实现藻株进化，通过从生长速度、生物质积累以及光合生理参数等多个维度来进行藻株进化，分析实验室培养与常规条件下的藻株状态，能够了解藻株在进化中的突变情况，进而增强藻株在突变后的耐受性。生物技术需要结合实际需求来不断进行优化，以此来提高蓝细菌的应用价值。

结论：总而言之，蓝细菌生物学与生物技术的研究是学界关注的重要内容之一，通过从生物学与生物技术的角度进行分析，可以让蓝细菌研究工作变得更加深入。相信随着更多人意识到蓝细菌研究的重要性，蓝细菌生物学与生物技术研究将会变得更好。

参考文献：

[1]孙绘梨,崔金玉,栾国栋等. 面向高效光驱固碳产醇的蓝细菌合成生物技术研究进展 [J]. 合成生物学, 2023, 4 (06): 1161-1177.

[2]马依凡,孙绘梨,毛绍名等. 进化工程在蓝细菌生物学和生物技术研究中的应用 [J]. 中国生物工程杂志, 2023, 43 (11): 92-104.

[3]张爱娣,崔金玉,张亚宁等. 蓝细菌次级代谢产物伪枝藻素研究进展与展望 [J]. 中国生物工程杂志, 2023, 43 (10): 85-95.