发布于 2022/2/8 10:47:00
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超岷 中国科学院海洋研究所研究员纤维素、果胶、褐藻多糖等海藻多糖是一类首要的细菌营养源，也是海洋食物网的首要成分，是驱动海洋概况和有机碳等深海物质能量轮回的首要成分。拟杆菌被认为是藻类多糖的首要降解者，在海洋碳元素生物地球化学轮回过程中饰演着首要脚色。月初，《气象微生物》期刊揭晓了中国科学院海洋研究所研究员孙超岷课题组深海冷泉拟杆菌可经由过程降解藻类多糖促进深海营养和碳轮回的研究功能。深海微生物是若何在物质能量代谢和碳元素生物地球轮回中发生浸染的深海冷泉拟杆菌降解藻类多糖的机制是甚么除降解藻类多糖，深海冷泉拟杆菌若何在促进深海营养轮回中阐扬浸染月日，带着这些疑问，科技采访了孙超岷课题组。多糖是深海碳轮回首回头回忆要组成部门“全球初级生物质净产量的除夜约一半来自海洋，主若是由小型海洋浮游植物供献的。”孙超岷说，海洋浮游植物只占全球植物生物量的，但却完成了全球一半的光合浸染。孙超岷课题组研究认为，二氧化碳进入海水系统后，浮游植物经由过程光合浸染，领受海水中的二氧化碳进而成长滋长，将其由无机碳转化为生物体内的有机碳。作为初级生物质，复合碳水化合物是陆地和海洋生态系统中微生物的普遍能量来历，它们除夜多以多糖的形式存在。多糖是细胞壁和细胞内能量储存化合物的机关成分，是深海碳轮回的首要组成部门。海藻中快要的成分都是多糖。除夜量含有各类多糖的藻类植物和动物残骸会从上层海洋沉降下来直至深海底部。孙超岷注释，在沉积过程中，部门颗粒有机碳经上层微生物的分化又转化为水中的有机碳，进入海洋再轮回，除夜部门则被沉积埋藏在深海里，为深海沉积物中的多糖降解微生物供给了首要的有机碳源。“这些沉积在海洋深层地下的复杂多糖除夜多是难以降解的多糖，例假定胶、纤维素和半纤维素。”孙超岷说，是以，微生物介导的多糖降解是海洋碳轮回中的一个首要过程。拟杆菌被认为是多糖首要降解者拟杆菌被认为是多糖的首要降解者，它们普遍地分布于人类肠道、近岸海域、海洋沉积物和其他气象中。以往研究者猜想，拟杆菌的多糖降解能力，可能来历于其中的一种怪异的多糖降解机制，即在它们的基因组中含有除夜量的多糖操作位点（PULs，polysaccharide utilization loci）。“在除夜部门拟杆菌门成员的基因组中，碳水化合物降解酶列举在PULs的基因簇中。个含有淀粉操作系统（Sus）的PUL是在人类肠道细菌多形拟杆菌中发现的，而Sus独霸子被认为是多糖降解所必需。”孙超岷说，在这个独霸子中，卵白因子转运卵白和碳水化合物连络卵白的同源物必不成少，被认为是PUL的标识表记标帜物。PULs中含有良多编码碳水化合物酶的基因。这些PULs还包含一个编码概况多糖连络卵白和一个转运卵白的串连基因。孙超岷认为，在它们配合浸染下，多糖最初连络到外膜卵白上，并被胞外碳水化合物酶切割成寡糖，寡糖经由过程外膜转运卵白从外膜转运到周质中。在周质中，寡糖遭到呵护，免受其他细菌的操作，并进一步降解为单糖，然后由特异的转运卵白运输并穿详实胞质膜进入细胞质作。拟杆菌降解不合多糖的机制已在人类肠道中进行了研究，孙超岷说，还有研究注解，人类肠道细菌可以从海洋细菌中获得编码碳水化合物酶的基因，这多是人类肠道微生物碳水化合物酶多样性的一个启事。“拟杆菌门是继变形菌门和蓝细菌门往后最丰硕的海洋细菌群，是藻类衍生碳水化合物最首要的分化者，积极驱动海洋碳和营养轮回。可是之前深海拟杆菌的纯培育物很少。是以我们需要获得深海拟杆菌的纯培育物，来进一步研究它们在深海碳元素的生物地球化学轮回中所起的浸染。”孙超岷说。深海冷泉中富含硫化氢、甲烷、其他碳氢化合物和含有各类多糖的动物残骸，在这些极端前提的驱动下，冷泉气象中组成了一个怪异的微生物群落，其中包含多种多样的古菌和细菌。“是以，研究深海冷泉中拟杆菌降解多糖的机制具有首要意义。”孙超岷说，在本研究中，他们团队首先经由过程扩增子测序分化了深海冷泉中拟杆菌的品貌，发现与其他气象中近似，拟杆菌是深海表层沉积物的首要类群。拟杆菌门中的细菌编码碳水化合物酶的基因数目较着高于变形菌门和绿弯菌门中的细菌，注解拟杆菌门是碳水化合物降解甚至深海冷泉气象中碳轮回的首要介入者。良多拟杆菌已从通俗气象等分手出来，可是很少有从深海气象中获得的纯培育物。“我们将深海沉积物样品接种到添加各类多糖的根底培育基中，并在℃恒温培育箱中厌氧富集一个月，然后将富集的样品转接到含有固体培育基的厌氧管中，遴选并培育具有不合形态的单个菌落。”孙超岷说，不出所料，除夜除夜都培育的菌落被剖断为拟杆菌，其中菌株WC被剖断为一个新物种。这类策略在未来可能有助于从其他气象等分手拟杆菌。为了深切体味菌株WC降解多糖的能力和机制，研究团队对菌株WC基因组进行了PULs的猜想和注释，发现基因组中存在除夜量多糖降解操作位点，往后操作基因组学、转录组学和代谢组学深切研究了菌株WC对纤维素的降解和操作机制。“海藻多糖是一种首要的细菌营养源和海洋食物网的首要组成部门，也是海洋概况和深海碳轮回的关头成分。”孙超岷说，鉴于海藻多糖在海洋碳轮回中的首要性，他们团队猜想等闲降解的多糖被海洋概况的需氧微生物操作，然后这些难降解的多糖聚积组成颗粒碎屑，从透光概况向深海沉积物中沉降。一旦碳水化合物衍生的颗粒达到深海底部，像菌株WC这样的高效多糖降解菌会首先经由过程外膜转运卵白识别胞外多糖或寡糖，然后经由过程位于细胞质膜上的特定卵白复合物供给能量，将这些降解物（如寡糖）领遭到周质中。然后，激活并释放碳水化合物酶，将寡糖切割成单糖和二糖，往后将其运输到细胞质中进行代谢和发生能量，以促进细菌成长。同时，一些裂解产物可以供其他细菌领受操作，这可以极除夜地促进深层生物圈中的碳和营养元素轮回。将藻类变废为宝研究认为，微生物可以经由过程固定或释放CO、CO、CH和对各类有机碳的降解与转化浸染, 直接节制全球碳源的转换和碳形态的转化，进而影响氮、硫、磷等其他元素的生物地球化学轮回。孙超岷介绍，微生物驱动的深海碳轮回是各元素生物地球化学轮回的焦点部门，首要搜罗碳固定、碳降解、甲烷轮回及其他碳轮回道路等，其中有机碳的降解是促进全球碳轮回的首要道路。响应地，孙超岷课题组还发现纤维素不单可以促进拟杆菌的糖类和氨基酸代谢，还可以促进其尿素轮回和甲烷代谢。“是以，多糖多是深海沉积物中多糖降解细菌的首要营养来历，这些异养微生物降解多糖是深海碳轮回的一个关头过程。”孙超岷说。浒苔是一类绿藻，而浒苔绿潮在我国黄海已延续爆发多年，成为严重的海洋生态灾难。从年月中旬最早，除夜量浒苔从黄海中部海域漂移至青岛四周海域，而今年浒苔的爆发量更是达到了比来几年来的一个新极点。孙超岷说，考虑到浒苔是一类飘浮型藻类和海洋的开放性气象，要想采纳诸如除草剂之类的药物防治浒苔难度极除夜。“除从根柢上改良水质，从根源上削减浒苔的生物量，还要积极成长浒苔的高值化操作。鉴于浒苔含有除夜量的碳水化合物，我们将考试考试用分手到的拟杆菌去降解浒苔多糖，以期发生有抗菌、抗肿瘤等不凡生物学功能的寡糖衍生物，并斥地响应的多糖降解工具酶，从而将浒苔变废为宝。”
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