是谁打破了细菌的隐形身份?一篇文章带你了解世界显微镜之父 医学生看显微镜的世界之最( 九 )


rr佩斯回答道:“没关系 。我们可以给它们测个序 。”
rr其实,他当时应该大喊“尤里卡(Eureka)”①!佩斯已经意识到,如果采用乌斯的方法,那么无须培养就可以识别某种微生物 。他甚至无须看到它们,只需从周边环境中抽取 DNA 或 RNA,然后为它们测序 。这可以一步回答“泉水中生活着哪些微生物”,以及 “它们处于微生物生命树的哪个位置”等问题——既涵盖了生物地理学,又探讨了演化生物学,可谓一举两得 。佩斯介绍道:“我们带着水桶来到黄石公园,立刻着手干了这些活 。”佩斯的研究小组为两种细菌和一种古菌测了序,它们取自“寂静、美丽又布满危险”的水域,没有一个微生物是从实验室里培养出来的,所见之物都是科学新发现 。他们最终于1984年发表了该项研究结果,36这也标志着人类第一次只凭基因就能够发现新物种,而这绝不是最后一次 。
rr1991年,佩斯和他的学生埃德·德隆(Ed DeLong)分析了一些捞自太平洋的浮游生物 。他们发现了一个比黄石公园热泉中更复杂的微生物群落:共计15个细菌新种,其中两种不同于任何已知的细菌 。那棵原本十分疏落的细菌生命树慢慢长出了新叶,有时甚至直接长出了整根全新的枝条 。20世纪80年代,所有已知的细菌都被妥当地分置在十几个大类别(门)中 。到了1998年,这一数字已涨到40 。佩斯与我聊天时告诉我,现在已经接近100个门了,其中大约有80个门从来没有在实验室培养过 。一个月后,吉尔·班菲尔德(Jill Banfield)宣布,在科罗拉多州的一个含水层中新发现了35个门 。37
rr从培养皿和显微镜中解放出来后,现在的微生物学家可以更全面地普查地球上的微生物 。“这一直是我们的目标,”佩斯说道,“微生物生态学曾一度停滞不前 。一个人走出去,翻开一块岩石,发现一种细菌,并认为它能代表该地区的微生物组成——现在看来,这种方法愚蠢极了 。从采用新方法的第一天起,我们就像是轰开了自然微生物世界的大门 。我想把这句话写进我的墓志铭 。这种美妙的感觉延续至今,一直没有褪色 。”
rr他们并没有局限在16S rRNA 的研究上 。佩斯、德隆等人很快发展出了新方法,能够测序一团土壤或者一勺水中每种微生物的基因 。38他们提取了所有本地微生物的 DNA,切成小碎片,然后一同测序 。佩斯说:“我们可以得到任何想要的基因 。”通过16S rRNA,他们可以确定某个地方有哪些微生物;但通过搜索合成维生素、消化纤维素或者抵抗抗生素的基因,他们能发现当地微生物所拥有的具体能力 。
rr这项技术将毫无疑问地彻底改变微生物学,现在只缺一个让人过眼难忘的名字 。1998年,乔·汉德尔斯曼(Jo Handelsman)想出了一个名字:宏基因组学(metagenomics),旨在研究一个群落的基因组 。39汉德尔斯曼曾说过:“自显微镜问世以来,宏基因组学可能是微生物研究中最重要的事件 。”终于,我们有了一套完整理解地球生命的研究方法 。汉德尔斯曼等人开始研究生活在各种环境中的微生物:阿拉斯加的土壤、威斯康星州的草原、从加利福尼亚州矿山上冲下来的酸性物质,还有马尾藻海的海水、深海蠕虫的尸体、昆虫的内脏,等等 。当然,也有微生物学家像列文虎克一样,把研究对象转向了自己 。
rr上文提到的杜博以及许多其他人,一开始都打算消灭微生物,最后却爱上了它们 。戴维·雷尔曼也是其中一员 。他最早是一名临床医生,主攻传染性疾病方向 。20世纪80年代后期,他用佩斯的新技术识别了一些导致疑难杂症的未知微生物 。他起初深感沮丧,因为待检测的组织样本中总是充斥着人体内的正常菌群,因而难以分辨病原体 。但后来雷尔曼意识到,这些菌群本身就很有趣:与其专攻少数致病菌,为什么不转而去研究这些微生物呢?