科学家发现迄今最大海洋细菌:能从阳光中获取能量

发布: 2020-04-21 08:51  | 来源:未知 | 编辑:4908.com | 查看:
 研究人员正在收集海水样本,作为调查海洋单细胞真核生物和与之相关的有机体的一部分。

 

  据国外媒体报道,科学家在海水样本中发现迄今最大的海洋细菌,它能够从太阳光线中获取能量。
 
  几年前,一台价值80万美元的高精密医用荧光活性细胞分选仪悬挂在起重机上,准备装载到海洋研究船,与此同时,海洋微生物生态学家亚历山德拉·沃登(Alexandra Worden)和同事们准备在大西洋起航,收集单细胞真核生物,并单独隔离进行单细胞全基因组测序。此次海洋研究活动还在太平洋寻找古生菌、细菌和其他与微生物有关的有机体,沃登和同事希望采集海水样本带回实验室分析,但这种做法将潜在地会影响样本的生物多样性,他们最终决定将实验室搬到了勘测现场。
 
  起重机操作非常顺利,细胞分选仪也安全上船,科研人员和船员们开始了航海之旅,他们采集了海水样本,用荧光染色细胞制成食物液泡,标记那些积极进食的生物体,并将海水样本送入细胞分选仪,从中筛选出荧光染色细胞,结果显示被筛选出来的绝大多数是领鞭毛类细胞,即以细菌为食的掠食性真核生物。之后研究小组除了对原核生物基因组排序之外,还在领鞭毛类细胞中寻找细菌和古生菌,沃登称,起初我们并未获得什么发现,但我们仍然对这项海洋勘测十分热衷。
 
  海洋勘测活动结束之后,博士后大卫·尼德姆(David Needham)决定挖掘冷冻海水样本,从而确定是否存在细菌,结果尼德姆发现了迄今海洋中最大的细菌,以及第二种感染掠食性原生生物的细菌。沃登说:“通过寻找普通的微生物候选者,我们最初忽略了一种重要细菌,其具有独特的组合结构。”
 
  目前,这种海洋中最大的细菌被命名为“ChoanoVirus”,它具有8.7万个碱基,该细菌基因组很大,其蛋白质编码尤其令研究人员感到兴奋。在数以百计的蛋白质序列中,沃登带领的研究团队发现了3种视紫红质——这是存在于人体等生物体内某些细胞膜中的光处理受体,例如视网膜需要视紫红质才能看到物体。这种细菌基因组还将β-胡萝卜素分子与酶物质合成在视网膜中,β-胡萝卜素在视紫红质中还起到光敏处理作用。相比之下,人类和大多数真核生物存在部分视紫红质机制,必须从外部资源获取β-胡萝卜素形成视网膜。
 
  为了发现这些细菌视紫红质在领鞭毛类宿主体内的可能性作用,研究人员在大肠杆菌中表达了细菌序列,并且发现光线会触发蛋白质,开始泵送质子。可能存在的情况是,这些细菌实际上是在帮助细胞从太阳中获取能量,沃登说:“这种情况是在捕食性细胞中绝对预想不到的,它是一种具有新功能的细菌,其功能并不存在于宿主生物体内。”
 
  某些生物体利用视紫红质从太阳光线中产生化学能,这并不是一项最新发现,几十年前,科学家曾报道称,嗜盐古生菌(halophilic archaea)利用视紫红质产生能量。2000年,沃登的研究同事埃德·德朗(Ed DeLong)曾指出,海洋细菌利用视紫红质捕获光能。此后海洋生物学家在海洋多种微生物中发现了这种奇特的新陈代谢方式,2019年,沃登带领研究人员分析了海水样本中视紫红质含量丰度,并估测在海洋某些区域,视紫红质从太阳光线中获取的能量比叶绿素获取的更多。
 
  这项最新研究首次表明,细菌明显具有掠夺性单细胞生物的功能。研究人员猜测,当有机质缺乏的时候,领鞭虫类生物会通过视紫红质机制获得能量,或者帮助它们加速新陈代谢。
 
  这项研究结论让我们试图了解宿主体致病影响之外的感染过程,或许ChoanoViruses和其他细菌具有一些生存优势,它们不是感染宿主并溶解细胞来传播更多的细菌,这个概念在人类病毒学领域获得了支持,但在海洋领域还是一个新概念,此前海洋细菌获得的科学关注较少。迄今为止,科学家已经发现有间接证据表明海洋细菌与宿主之间存在共生关系。
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