白蚁这种因吞噬木材、造成满屋尘土并导致每年几十亿美元的经济损失而恶名远播，但最近的研究发现它可能为未来的绿色生物燃料提供高效的生物化学技术方法。这种小型昆虫的消化道很可能是个微生物菌群的“金矿”，有望成为改进木质或废弃物生物质转化为生物燃料过程所需酶的来源。

 

美国能源部联合基因组研究所（U.S. Department of Energy Joint Genome Institute，DOE JGI）、加州理工学院（California Institute of Technology）、Verenium生物燃料公司（Verenium Corporation，原名Diversa公司）、哥斯达黎加国立生物多样性研究所（the National Biodiversity Institute of Costa Rica, INBio）以及IBM托马斯·华生研究中心（IBM Thomas J. Watson Research Center）联合测定了白蚁肠道基因序列，研究结果发表于11月22日出版的Nature杂志上（论文题名：Metagenomic and functional analysis of hindgut microbiota of a wood-feeding higher termite。出处：Nature, 450: 560-565. 22 November 2007）。

DOE资助此项白蚁基因测序计划，能源部负责科学事务的副部长Raymond L. Orbach表示，白蚁简直就是一台不可思议的机器，它能在短时间内消化大量的木材，遭受过白蚁的家庭对此深有体会。白蚁不是利用化学试剂或者高温，而是利用其后肠中特定的微生物来破坏植物细胞的细胞壁，并促进消化的。由DOE JGI等单位进行的DNA测序工作对于鉴别白蚁用于消化木质的纤维素酶的遗传结构至关重要。后续的任务就是发现这些遗传结构所产生的代谢途径，并阐明白蚁在自然条件下是如何进行消化的。并在此基础上，可以人工合成这些新型酶类，以加速作为新一代生物燃料的纤维素乙醇的开发利用。

虽然对白蚁的研究已经有一个多世纪的历史，但对于其消化道内的微生物的特征与作用还知之甚少。随着这项测序工作的展开，对于白蚁肠道内与消化木材有关的复杂的微生物群落共生关系逐渐揭开神秘的面纱。象牛一样，白蚁有多个胃，每个胃都形成一个特定的环境，从而“孕育”了不同的微生物群落。这些微生物在木材聚合物转化为糖类的过程中均承担一步或几步生物转化的任务。白蚁先是用下腭把木材咬碎，但主要的步骤是在消化道内完成的，消化道内的微生物所产生的酶液可以分解纤维素、半纤维素以及木质素。

哥斯达黎加的热带雨林是全世界白蚁生物多样性的温床，在那里，来自加州理工学院的Jared Leadbetter（论文共同作用）和DOE JG的Falk Warnecke（论文第一作者）以及来自Verenium公司与INBio的成员采集到了鼻白蚁属的白蚁，并分离出胃肠道内容物。采样过程中重点选择体型较大的工蚁，它们有球状的头部和膨胀的腹部。在INBio的实验室里，研究人员用小镊子和解剖针分离出肉眼可见的白蚁后肠（第三个胃，P3）里的内容物，同时防止邻近胃肠道内容物的污染，一共取得了165个样本，并从中提纯微生物。然后由Verenium公司进行DNA提取和制备工作，再由DOE JGI进行测序。

DOE JGI的微生物生态研究计划（Microbial Ecology Program）负责人Phil Hugenholtz介绍说，测序结果表明，白蚁肠道微生物基因组包含7100个遗传密码，肠道主要有密螺旋体（treponemes）与丝状杆菌（fibrobacters）两类微生物菌群。其中密螺旋体早有认识，而丝状杆菌则是全新的发现。这两类微生物均与牛的瘤胃降解纤维素有一定关系，与木质纤维素酶有着直接的联系，密螺旋体似乎专门从事木质纤维素的分解，而丝状杆菌则参与糖分的发酵过程。通过这项研究使人们对于白蚁有了全新的认识，完全可以把白蚁看作成一个移动式的小型生物反应器。

Phil Hugenholtz及其同事从白蚁后肠中鉴别出500个与纤维素和半纤维素降解有关的酶基因，DOE JGI已经将这个基因组数据上传至其元数据管理与分析系统IMG/M (http://img.jgi.doe.gov/)，公众可以免费获取与分析。但DOE JGI所长Eddy Rubin指出，要将这些研究结果运用到工业化系统还需时日，因为白蚁可在其后肠中高效地将毫克级的木质纤维素转化为可供发酵的糖分，但将这个过程扩大至工厂化生产生物燃料却没那么简单，必须先找到分解纤维素的关键酶基因。

论文第一作者Falk Warnecke是Hugenholtz研究室的一名博士后研究人员，DOE JGI其他的作者包括Natalia Ivanova, Rotem Sorek, Susannah Tringe, Hector Garcia Martin, Victor Kunin, Daniel Dalevi, Julita Madejska, Edward Kirton, Darren Platt, Ernest Szeto, Asaf Salamov, Kerrie Barry, Natalia Mikhailova, Nikos Kyrpides和 Director Rubin。