近日，南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）张偲院士团队冯景春教授课题组在《Nature Sensors》上发表题为“Closed-loop in situ isolation of deep-sea extremophiles through sensor-driven microenvironment preservation”的研究论文。冯景春教授为第一作者，张偲院士为通讯作者。针对当前深海微生物难以获得纯培养，微生物资源开发手段有限的问题，研究团队首次提出并开发了深海微生物闭环智能研究系统DISCUSS，将多模态环境感知、保真采样与转移、高压培养、人工智能识别及机器人分选微生物有机整合，实现了从深海原位环境到实验室菌株分离的全流程协同控制，为深海极端微生物的高保真获取与研究提供了新的技术体系。

探索深海微生物资源，挖掘其功能价值和实现纯培养，依赖于微生物的“原位微环境”能否在采样、转移、培养和分离等不同环节中连续保持其原位微环境和原生生理状态。为此，研究团队构建了DISCUSS系统，将深海微生物研究全过程纳入统一的闭环控制框架。系统以光学、化学、物理和力学等多模态传感信息为基础，通过数字孪生和反馈控制驱动不同实验模块协同运行，使原位微环境的保持由单一设备的静态保温保压，进一步拓展为跨设备、跨过程的动态重构与补偿。这一体系弥合了传统深海采样装备与实验室培养、分选装置之间的“感知–执行”断层，为实现微生物从海底到实验室的连续环境保真提供了技术基础。

图 1. 面向深海环境模拟的传感驱动的信息物理系统架构

研究团队完成了全流程系统功能验证，并对DISCUSS系统获得的两株深海菌株HP_SR9和HP_SR10进行了生物学验证。结果表明，两株菌具有不同的压力适应特征。其中HP_SR9表现出耐压能力，而HP_SR10表现出明显的嗜压特征，其生长随压力升高而增强，并在接近原位压力条件下表现出最佳生长状态，而在常压下受到明显抑制。基因组分析进一步识别出与压力适应、DNA损伤修复及硫代谢等相关的功能特征，为其深海环境适应能力提供了分子层面的证据。此外，本研究共获得34株分离菌，DISCUSS系统实现了7.7%的属水平可培养率，显著高于传统深海培养方法通常低于1%的回收水平。其中11株分离菌与已知模式菌株的16S rRNA序列相似度低于98.65%，显示出该体系在深海极端微生物资源获取和潜在新型微生物类群发掘方面的应用潜力。并且该装备体系可改装适配于热液、极地、深地油藏、酸性矿井、食品工业等需要无人操作获取特殊价值微生物资源的场景，为微生物资源智能挖掘提供了新方法。

未来，广州海洋实验室围绕冷泉这一连接深部碳循环、极端生命与全球环境变化的重要深海系统，将持续强化原位探测、保真模拟与生命过程研究的协同布局。依托国家重大科技基础设施“冷泉生态系统研究装置”，推动海底原位实验与陆基保真模拟深度融合，并结合实验室牵头实施的联合国“海洋十年”大科学计划“甲烷渗漏对全球气候的影响”（CliMetS）和联合国“科学十年”大科学计划“海洋冷泉界面之谜”（MOCSI），进一步将冷泉微生物研究拓展至全球尺度的甲烷循环、极端生命适应及多界面耦合过程研究。通过重大科学装置、国际大科学计划与智能深海技术的协同支撑，实验室将持续提升冷泉生态系统长期观测、原位实验和高保真研究能力，为揭示冷泉系统演化机制、评估海底甲烷渗漏的气候效应、挖掘深海极端微生物资源，并提升我国在国际深海冷泉科学领域的引领能力提供重要支撑。

致谢：本研究得到了国家自然科学基金重大科研仪器研制项目（42227803）、国家自然科学基金杰出青年科学基金项目（42325603）、国家自然科学基金重大项目（42494884）、国家自然科学基金共享航次计划重大科学考察航次项目（42449303）、国家科学技术部国家重点研发计划项目（2021YFF0502300）等科研项目的资助。

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