文章概述：

原文链接：

https://doi.org/10.1002/ggn2.202500046

文化遗产多数暴露在户外环境，长期遭受着严重的非生物和生物损害¹。不同于馆藏文物，通过控制户外环境来保护文化遗产还不现实，因此目前仍难以阻止自然的非生物因素劣化过程。然而，针对生物损害（如微生物定植和生物侵蚀，图1），有望开发多种减缓措施^2,3。过去几十年，文物保护科研人员运用传统的培养方法和现代的多组学技术⁴，试图解析造成文化遗产生物侵蚀相关的微生物组。然而，多数研究仅停留在考察微生物组的群落组成，微生物代谢及微生物与文物本体材料间的生物化学反应还缺乏坚实证据，造成文物生物侵蚀的核心微生物组仍有待阐明⁵。

图 1. 露天环境文物表面微生物定植与侵蚀

近日，南京理工大学刘小波教授课题组与敦煌研究院武发思研究员合作在Advanced Genetics发表观点文章Bio-Archive of Cultural Heritage Microbiomes for Sustainable Conservation in the Multi-Omics Era。论文全面总结了文物微生物组研究面临的机遇与挑战，倡导深入探索更先进的多组学技术并将其充分应用于解析文化遗产微生物组，提议建立一个专业的全球性开放获取数据库以及标准化分析流程和方法，并系统归档造成文物生物侵蚀的核心微生物组信息，包括其生物侵蚀机制、时空演变、病害成因及环境条件。标准化的文物微生物组生物档案将赋能文化遗产可持续保护的科技水平。

本文从多组学解析到实验室水平模拟验证，提出了一整套分析流程，具体包括以下3方面：

（1）基于基因组学，分析文物微生物组的种群结构和潜在功能：系统诊断文物表面有哪些微生物，哪些种群占优势，其可能通过哪些代谢途径与文物本体材料发生相互作用？结合劣化文物的理化特征，推测可能发生的生物化学反应过程并初步确定核心微生物组；

（2）基于转录组学和代谢组学，验证核心微生物组：该方法可实时诊断文物表面有哪些活跃的病害微生物，哪些代谢过程占主导地位，从而探明文物表面正在发生的生化反应过程。同时，结合劣化文物的理化特性，阐明关键代谢产物与文物本体材料间的生物化学反应并确定核心微生物组；

（3）基于实验室模拟手段，采用同位素示踪技术验证关键的生化反应过程，最终证实文物核心微生物组（图2）：该步骤可从生化反应的角度，为确立文物表面核心微生物组提供最直接、最有力的证据；同时也是文物微生物组档案收集过程中最重要的一步，决定着文物微生物组档案数据的可靠性和价值。

图 2. 实验室模拟验证核心微生物组-以石质文物为例

总之，结合多组学分析与环境参数，构建标准的文化遗产核心微生物组生物档案库以支撑文化遗产可持续保护，迫在眉睫且意义深远。本文还建议成立一个专业组织，致力于管理这些宝贵的数据集，并对全球研究人员和文化遗产保护工作者开放。最后，本文呼吁通过多学科合作，共同推进此项富有挑战的文化遗产微生物组建档研究工作（图3）。

图 3. 文物微生物组归档流程图

参考文献：

1.Liu, X., Koestler, R. J., Warscheid, T., Katayama, Y. & Gu, J.-D. Microbial deterioration and sustainable conservation of stone monuments and buildings. Nature Sustainability 3, 991-1004 (2020).

2.Liu, X. et al. Biofilms on stone monuments: biodeterioration or bioprotection? Trends in Microbiology 30, 816-819 (2022).

3.Wang, L. et al. Water determines geomicrobiological impact on stone heritage. Nature Geoscience 18, 108-111 (2025).

4.Wu, F. et al. Metagenomic and metaproteomic insights into the microbiome and the key geobiochemical potentials on the sandstone of rock-hewn Beishiku Temple in Northwest China. Science of The Total Environment 893, 164616 (2023).

5.Liu, X. et al. Innovative approaches for the processes involved in microbial biodeterioration of cultural heritage materials. Current Opinion in Biotechnology 75, 102716 (2022).

作者简介

刘小波，南京理工大学环境与生物工程学院教授、博士生导师、国家高层次青年人才、江苏省杰青。主要从事环境微生物组、微生物被膜、石质文物生物侵蚀与保护研究，先后主持国家海外高层次青年人才项目、江苏省杰出青年科学基金项目以及国家自然科学基金青年和面上项目（2项）。目前，以通讯作者或第一作者在环境微生物与生物技术领域国际权威学术期刊Nature Sustainability、Nature Chemical Biology、Nature Geoscience、PNAS、Microbiome等发表SCI论文70余篇，并担任国际SCI期刊Microbiome、Environment International、Environmental Microbiome、Sustainable Microbiology副编辑以及Microbial Biotechnology等SCI期刊编委。

武发思，敦煌研究院保护研究所研究馆员，主要从事石窟寺、古代壁画及土遗址生物损害的监测与防控技术研究。担任国际生物退化与生物降解学会中国代表、中国古迹遗址保护协会石窟石刻专业委员会副秘书长、甘肃省植物学会常务理事，兼任南京理工大学、兰州大学、湖南师范大学硕/博士研究生导师。先后主持国家自然科学基金、甘肃省科技重大专项等国家和省部级项目10余项，以第一/共同第一和通讯作者在国内外学术刊物上发表研究论文60余篇，参与编写出版专著3部，授权专利20余项。入选国家级青年拔尖人才、甘肃省领军人才、甘肃省优秀青年文化人才等人才计划，荣获甘肃省科技进步一等奖等省部级奖励3项。

论文信息

Bio-Archive of Cultural Heritage Microbiomes for Sustainable Conservation in the Multi-Omics Era

Xiaomei Fu, Fasi Wu, Xiaobo Liu

Advanced Genetics

DOI:10.1002/ggn2.202500046

原文链接

https://doi.org/10.1002/ggn2.202500046

期刊简介

Advanced Genetics 是隶属于享有盛誉的 Advanced Portfolio 的一本广泛领域期刊，专注于基因相关领域的前沿研究。

本刊致力于覆盖广泛的遗传学主题，包括人类、动物、植物和微生物遗传学，基因组学与表观基因组学，以及将遗传学、组学、生物信息学和计算生物学作为研究工具，用于发现与创新的相关研究方向。期刊欢迎基础研究、应用研究、临床研究和转化研究等不同类型的投稿，旨在应对重要的科学与社会挑战，这些挑战包括提升粮食安全、保护生物多样性、推动人类健康与福祉，以及促进有助于 One Health 成果产生实质影响的全球性倡议。

本刊同样欢迎与遗传学研究共同体相关的创新性软件工具、方法或数据资源的投稿。这类成果以及其他所有原创研究，均可通过本刊灵活设置的研究论文类型进行投稿。