DNA 稳定同位素探测技术 (DNA-SIP) 是一种分子生态学技术，它使用稳定同位素来追踪复杂环境中微生物的基因组 DNA。利用稳定同位素在复杂环境中追踪微生物基因组DNA，可实现研究从单一微生物生理过程向微生物群落生理生态学的转变，在更高、更复杂的层次上定向探索重要的微生物资源，促进微生物生理生态学和生物技术的发展。
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技术原理
DNA-SIP技术的基本原理是基于DNA半保留复制，在培养样品中添加13C等稳定性同位素底物，DNA复制时将利用添加的13C稳定性同位素底物合成新的DNA子链。除磷以外，几乎所有具有生物学意义的元素均有2种或更多的稳定性同位素。一般而言，重同位素或轻同位素组成的化合物具有相同的生物学特性。合成代谢是所有生命的基本特征之一，碳氮氧等是生命的基本元素，采用稳定性同位素如13C标记底物培养环境样品，环境中微生物细胞可以利用13C等标记底物不断生长、分裂和繁殖，并伴随着新的13C-DNA链合成。随后，提取环境微生物基因组总DNA，并通过超高速密度梯度离心将13C-DNA与12C-DNA分离。在此基础上，进一步采用分子生物学技术分析13C-DNA，将能揭示复杂环境样品中同化了标记底物的活性微生物，从而将特定的物质代谢过程与复杂的环境微生物群落物种直接耦合。在微生物群落水平，以13C-物质代谢过程为导向，可以发掘重要功能基因和新的微生物功能类群，从而揭示复杂环境中微生物重要生理代谢过程的分子微生物学机制。
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技术应用
DNA-SIP 技术在地球地球化学循环中的关键元素和污染物的微生物降解研究中受到广泛关注。是研究复杂环境中微生物生理和生态过程的分子机制的重要手段。例如，适用于探索森林土壤和湖泊沉积物中单碳化合物(如甲烷)的微生物生理代谢过程、污染物的微生物降解过程、微生物介导的土壤材料和能量循环过程、植物光合产物的微生物同化和利用过程。
近年来，DNA-SIP技术的应用领域也不断扩大，在肠道微生物的生理和生态过程、健康医学、微生物重要功能基因的发现、生物活性物质的高通量筛选、活性生物催化剂的合成等方面具有重要的应用前景。DNA-SIP 与宏基因组学的结合可以将某些微生物的特性与其特殊的代谢联系起来，不仅可以从宏基因组文库中检测出低水平的微生物，还可以加速新酶和其他生物活性物质的开发。该技术有望解决行业内对新型酶制剂的迫切需求，并能显著提高基因检测的成功率，大大降低寻找新酶的成本。
案例一
香港中文大学于君团队在Nature Microbiology(IF=28)在线发表题为“Parabacteroides distasonis uses dietary inulin to suppress NASH via its metabolite pentadecanoic acid”的研究论文，该研究发现可溶性纤维菊粉(inulin)被发现比不溶性纤维素更有效地抑制小鼠NASH进展，如肝脏脂肪变性、坏死炎症、球囊和纤维化的减少。
该研究采用稳定同位素探测追踪在NASH进展过程中13C-菊粉在肠道细菌基因组和代谢物中的掺入。该研究发现狄氏副拟杆菌(Parabacteroides distasonis )富含13C-菊粉。13C-菊粉宏基因组和代谢组的整合表明，狄氏副拟杆菌利用菊粉产生了十五烷酸，一种奇链脂肪酸，这在体外和无菌小鼠中得到了证实。狄氏副拟杆菌或十五烷酸对小鼠NASH有保护作用。在机制上，菊粉、狄氏副拟杆菌或十五烷酸可以恢复NASH模型中的肠道屏障功能，从而降低血清脂多糖和肝脏促炎细胞因子的表达。总的来说，这表明肠道菌群成员可以利用膳食纤维产生有益的代谢物来抑制代谢性疾病。
总之，该研究团队巧妙利用稳定同位素示踪技术，揭示了菊粉保护肝脏的机制，锁定了“由菊粉，到狄氏副拟杆菌，再到十五烷酸”这样一条关键机制轴。该研究为膳食纤维干预缓解非酒精性脂肪肝炎发展再添新证。也为膳食营养与疾病防治研究领域开拓了新的研究思路。
案例二
广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员孙蔚旻团队研究发现了微生物介导的硫氧化锑还原耦合的全新生物地球化学过程，确定了微生物Desulfurivibrio spp.参与了此过程及相应代谢途径。相关研究近日发表于《国际微生物生态学学会杂志》The ISME Journal。
矿山尾矿是Sb污染的重要来源。中国是领先的锑矿大国，占全球产量的80%以上，锑矿的开采已造成以华南为主要矿区的严重尾矿污染，因此，迫切需要制定Sb尾矿污染场地修复策略。微生物介导的 Sb(V)还原具有重要的环境意义，考虑到尾矿中有效有机碳含量相对较低，而Sb(V)和还原性S的含量相对较高，化能自养菌可能在尾矿中Sb的迁移转化过程中发挥重要作用。然而，迄今为止鉴定出的具有Sb(V) 还原能力的细菌(SbRB)十分有限。虽然现有研究已经证明化学自养 Sb(V)还原与H,或CH,的氧化有关，但这些电子供体与严重污染的尾矿位点的相关性较低。因此，我们假设Sb(V)的自养还原与作为电子供体的还原 S的氧化相结合可能代表了Sb尾矿中一个关键的微生物介导过程。在这项研究中，使用尾矿样品构建了微字宙，利用DNA-SIPQ、扩增子测序和宏基因组学，探索了尾矿环境中具有Sb代谢潜能的功能菌。
