芽胞桿菌是一類能產(chǎn)芽胞的革蘭氏陽性細(xì)菌，具有高效分泌各種蛋白酶、淀粉酶、木聚糖酶、纖維酶和酯酶的能力，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、園藝和醫(yī)藥行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的生理生化、細(xì)胞脂肪酸、GC含量等鑒定新菌株的方法雖然較為準(zhǔn)確，但由于操作耗時(shí)費(fèi)力，已逐漸不能滿足規(guī)模化菌種鑒定的需求，因此，需要建立一種快速高效的菌種鑒定新方法。
拉曼光譜(Raman spectra)是一種分子化學(xué)鍵振動(dòng)的散射光譜，通過譜圖解析可以獲取分子結(jié)構(gòu)的信息。它無需樣品準(zhǔn)備，任何氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)樣品可直接通過光纖探頭或者通過玻璃、石英、和光纖進(jìn)行測(cè)量，能夠提供快速、簡(jiǎn)單、可重復(fù)且更重要的是無損傷的定性定量分析，是有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)解析的重要手段。近年來，已有研究發(fā)現(xiàn)，拉曼光譜能夠有效鑒定微生物的生物化學(xué)成分，從而獲得細(xì)菌的“全細(xì)胞指紋”(whole-organism fingerprints)。因而，拉曼光譜也是一種能夠快速鑒定細(xì)胞內(nèi)分子成分的有效分析工具，利用拉曼光譜技術(shù)快速高效地鑒定細(xì)菌引起研究者的廣泛關(guān)注。然而，目前大部分研究主要對(duì)已鑒定菌種進(jìn)行拉曼光譜鑒定方法的建立，而對(duì)于新分離菌種的拉曼光譜鑒定缺乏相關(guān)的研究報(bào)道。
中國科學(xué)院微生物研究所溫廷益研究組的鄧愛華博士建立了利用拉曼光譜快速鑒定多株芽胞桿菌的新方法。首先從中國西藏篩選分離了14株能夠分泌多種胞外酶的芽胞桿菌菌株，在532nm、每樣品點(diǎn)約8mW的激光條件下檢測(cè)各菌株的拉曼光譜圖(100-2000cm-1光譜范圍)。由于不同菌株細(xì)胞成分不同，在拉曼光譜中顯示不同的峰位特征，通過Principal component analysis (PCA), Discriminant function analysis (DFA) 和Hierarchical cluster analysis (HCA)等統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)14株芽胞桿菌的112個(gè)拉曼光譜圖進(jìn)行詳細(xì)分析。利用747.9cm-1、1127.44cm-1和1585.24cm-1的氨基酸光譜峰、1171.82cm-1的脂肪酸與脂肪光譜峰、1311.96cm-1的多糖光譜峰和1337.86cm-1的核苷酸光譜峰等各菌株的拉曼光譜特征差異，可以有效地將不同類群的芽胞桿菌區(qū)分為三個(gè)類群，其結(jié)果與基于16S rRNA基因系統(tǒng)發(fā)育分析的結(jié)果一致。
該項(xiàng)研究表明，拉曼光譜技術(shù)不僅可以分析芽胞桿菌細(xì)胞的主要成分，而且能夠?qū)ρ堪麠U菌新菌株進(jìn)行快速鑒定。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Laser physics letters(2012,9(9), 636–642)上。
該研究成功利用拉曼光譜技術(shù)快速有效地鑒定各種不同的芽胞桿菌菌株，從而為各種新分離菌株的快速高效地鑒定提供一種有效方法，為從各種環(huán)境中快速鑒定新型工業(yè)微生物提供了新方法與新思路。
新分離菌株的16S rRNA基因系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果(a)與拉曼光譜鑒定結(jié)果(b)比較。WYT001-039為所有新分離的芽胞桿菌菌株。