中国农业科学院北京畜牧兽医研究所奶产品质量与风险评估科技创新团队构建了一种基因富集结合微球原位培养的分离方法，利用该方法实现了微生物高通量分离，并从瘤胃中分离鉴定了具有脲酶活性的重要尿素分解菌，极大丰富了瘤胃微生物组资源，有助于弥合未培养细菌基因型和表型之间的鸿沟。相关研究成果发表在《微生物组学（Microbiome）》上。

瘤胃尿素分解菌是调控反刍动物利用尿素氮的关键微生物，尽管高通量测序揭示了瘤胃尿素分解菌多样性特征，但是目前分离的菌株非常有限,限制了尿素利用机理研究。为提高微生物分离培养效率，研究团队建立了一种靶向分离尿素分解菌的微球原位分离培养方法，通过脲酶基因ureC富集靶标菌群，将单细胞包裹到直径3.4毫米的微球中，将微球置于透析袋，在模拟的瘤胃环境中培养，最后通过基因组测序进行鉴定。

研究共分离出976株菌，通过对其中52个代表性菌株进行全基因组测序，发现有28个是尿素分解菌，分布在12个菌种，分离效率达53.8%，新分离的尿素分解菌菌种数量增加了34.4%，而具有脲酶活性的尿素分解菌菌种增加了45.8%，这表明新方法具有更高的新菌分离能力。泛基因组学分析表明，新菌株具有大量独特基因，表明它们具有新的代谢功能，特别是能量和氮代谢基因大幅增加。同时，新菌株在6种反刍动物瘤胃中均存在，并与日粮中尿素代谢及乳蛋白产量相关，表明新菌株的分布广泛性与功能重要性均显著。分离菌株具有5种不同类型的脲酶基因簇，基因簇类型与水解尿素的能力相关，通过脲酶结构建模揭示了活性中心Flap区域调控脲酶活性的关键氨基酸。

该成果由国家自然科学基金项目、国家奶牛产业技术体系、中国农业科学院科技创新工程和动物营养学国家重点实验室自主课题资助。刘思佳为文章第一作者，赵圣国副研究员、王加启研究员为通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1186/s40168-023-01510-4

图  微球原位分离培养微生物方法流程