内部运作的常见细菌破译

教授领导的一个研究小组由奥尔登堡大学微生物学家拉尔夫Rabus博士和他的博士生帕特里克·贝克获得了深刻的洞察一个共同的环境细菌的细胞机制。研究人员检测了菌株的整个代谢网络Aromatoleum植物EbN1T和使用结果开发代谢模型,他们可以预测在各种环境条件下这些微生物的生长。

正如研究人员发表在《科学》杂志上mSystems显然,他们的分析发现某些意想不到的机制,使这些细菌能够适应迅速变化的环境条件。研究结果是重要的生态系统研究的领域Aromatoleum应变,代表一个关键群环境细菌,可以作为一种模式生物,感兴趣的也可以在生物技术修复受污染的网站和应用程序。

研究菌株专注于利用难以分解的有机物质,通常是发现在土壤和水生沉积物。微生物生长在各种条件包括氧、低氧和氧层,也非常多才多艺的营养摄入。他们代谢40多个不同的有机化合物包括高度稳定,自然产生的物质,如组件的木质素,木材的主要结构材料发现,长寿石油污染物和组件。

微生物有特殊的能力

特别是与苯环物质由六个碳原子组成的,称为芳香族化合物,可以通过这些微生物降解,有或没有氧气的援助。由于这些能力,Aromatoleum中扮演一个重要的环境作用完全降解有机化合物在土壤和沉积物中二氧化碳——在土壤生物修复过程也是有用的。

当前研究的目的是获得一个全面的理解这个单细胞有机体的功能。为此,研究人员培养微生物好氧的和缺氧的条件下,即没有氧气,用五种不同的营养基质。这十个不同的生长条件,他们增长25文化,然后检查各种样品使用分子生物学方法(技术术语:multi-omics),支持同时分析所有的转录基因在细胞中,所有的蛋白质产生及其代谢产物。

系统生物学的方法

”系统生物学方法,您获得的深刻理解所有有机体的内部运作,“Rabus解释说,一般和分子微生物学研究小组负责人奥尔登堡大学的化学和生物学研究所的海洋环境(洲际弹道导弹)。“你的细菌分解成它的各个组件,然后你可以把他们在一起——在一个模型,预测文化将增长速度,它将产生多少生物量。”

通过他们的细致工作,研究人员获得了全面的理解这个菌株的代谢反应。他们发现大约200个基因参与酶的降解过程和确定分解的物质作为营养和通过添加中间体的各种营养物质分解。科学家们把他们的发现对代谢网络为增长模型,并证明了模型预测很大程度上与实测数据。

“我们现在可以描述生物的精度水平,到目前为止只有可能很少有其他细菌,”Rabus说。这个整体视图的细菌细胞内部运作形式的基础,更好的理解之间的交互分析应变(以及相关的细菌)和他们的生物和非生物环境,他补充道,并还可以帮助科学家们更好地预测这些单细胞生物的活动在受污染的土壤,因此,例如,确定最优条件的修复受污染的网站。

一个令人惊讶的浪费能源

通过结合不同的方法,团队就能发现意想不到的机制这些细菌的新陈代谢。令研究人员吃惊的是,有消息称,他们不能使用的微生物产生的几种酶在给定的增长条件下,乍一看似乎是一个多余的支出的能量。“通常细菌细胞检测氧存在于他们的环境,然后通过特定的机制,激活只有nutrient-specific代谢途径与相应的酶,“Rabus解释道。

但是一些基质,微生物产生的酶有氧和厌氧降解通路不管氧气水平——尽管这些酶完全是多余的。Rabus怀疑这个明显浪费实际上是一个不稳定的环境中生存的策略:“即使氧气水平突然波动——通常情况下在自然环境中Aromatoleum依然灵活,根据需要可以利用这个营养和产生能量,”微生物学家解释说,到目前为止,没有其他细菌是使用这种机制。

这项研究是由一个大型跨学科团队包括奥尔登堡大学的研究人员和科学家们教授迪特马尔才博士领导的研究小组在布伦瑞克技术大学和PD博士领导的研究小组Meina Neumann-Schaal莱布尼兹研究所DSMZ在布伦瑞克。主要作者帕特里克·贝克尔,奥尔登堡大学的丹尼尔·温斯迟博士和博士莎拉Kirstein涂布伦瑞克。