科学家在智利阿塔卡马沙漠发现前所未见的微生物地下栖息地

科学家在智利阿塔卡马沙漠发现前所未见的微生物地下栖息地 科学家利用新的 DNA 分析技术在智利阿塔卡马沙漠深处发现了多种微生物生命，为极端环境中的生物多样性提供了见解，并对地外生命研究产生了潜在影响。永盖-普拉亚，智利阿塔卡马沙漠最干旱的地区之一。资料来源：D. Wagner, GFZ这是以新开发的分子 DNA 分析方法为基础的，这种方法可以集中提取和分析细胞内 DNA。这些DNA来自活生物体或休眠生物体的完整细胞，因此可以检测到栖息在深达4.20米的极干旱土壤中的有生命力和潜在活性的微生物群落。这项发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS Nexus）上的研究，扩大了我们对干旱、盐碱和营养缺乏等极端条件下接近生命极限的地区生物多样性的了解。研究结果还对寻找其他星球上的生命有一定意义。沙漠是地球上最大、最脆弱的生态系统之一。虽然那里的条件最恶劣、最危及生命，但却孕育着微生物生命。在没有定期降雨的情况下，微生物利用矿物质和盐分等土壤成分以及大气中的气体作为能量和水分来源，成为调解养分流动的最重要生态成分。"微生物多样性和分布的研究对于充分了解微生物过程在维持沙漠生态系统生态平衡和功能性方面的核心作用至关重要，尤其是在气候变化背景下沙漠生态系统的未来发展方面。"永盖-普拉亚研究遗址：挖掘出的剖面坑和安托法加斯塔大学的实验室手推车。图片来源：L. Horstmann, GFZ智利北部 105000 平方公里的阿塔卡马沙漠被认为是世界上最干旱的炎热沙漠。因此，这里非常适合研究这种栖息地。研究人员已经对水深约一米的浅水区进行了调查。在这里，他们了解到这是一个可以抵御紫外线辐射的利基栖息地，而且这里仍有水源，微生物可以在此繁衍生息。另一方面，迄今为止只有少数研究对沙漠土壤的深层进行了分析。因此，GFZ 地球微生物学组的博士生卢卡斯-霍斯曼（Lucas Horstmann）和博士后研究员丹尼尔-利普斯（Daniel Lipus），以及该组负责人、波茨坦大学地球微生物学和地球生物学教授德克-瓦格纳（Dirk Wagner）领导的研究小组重点研究这些土壤。其他同事来自柏林工业大学和智利安托法加斯塔大学。研究人员希望测试极度干旱的阿塔卡马沙漠深层沉积物是否也能成为特殊微生物的栖息地。研究小组在安托法加斯塔东南约 60 公里处的永盖地区对土壤剖面进行了研究，分析了沿深度剖面的微生物多样性及其与土壤特性的相互作用，该深度剖面既包括台地沉积物，也包括下面的冲积扇沉积物，最深处达 4.2 米。为此，他们挖掘了一个土壤剖面，每隔 10 厘米采集一个土壤样本，深度达 3 米，然后每隔 30 厘米采集一个样本，这些样本被送往德国联邦科学研究中心的实验室进行分析。为了检测样本中的生命痕迹，科学家们使用了德克-瓦格纳（Dirk Wagner）等人在德国科学研究基金会（GFZ）开发的分子 DNA 分析新技术：使用一种特殊的提取方法，可以从样本中只过滤出细胞内 DNA，即来自完整和潜在活性细胞的 DNA。为此需要使用各种化学试剂、离心机和过滤器。瓦格纳强调说："这种方法对极端环境中微生物多样性的研究是一个重大改进，因为它有效地排除了死细胞 DNA 产生的偏差，即使由于生物量较低而达到其他方法的检测极限时，仍能提供有效数据。"通过对样本进行细胞内 DNA 提取和随后的基因测序，研究人员能够鉴定出深度达 4.2 米的潜在微生物。在上层 80 厘米处，他们主要发现了属于固着菌门的微生物，但它们的数量随着深度的增加而减少，可溶性盐的含量也随之增加。研究人员猜测，高浓度盐分和日益缺水也可能是导致微生物在沙丘沉积物下部停止定殖的原因。在这方面，他们的研究结果与之前的研究结果是一致的。然而，霍斯特曼和瓦格纳的研究小组再次在两米以下的冲积扇沉积层中发现了一个微生物群落。该群落比地表群落更加多样化，很可能与地表完全隔离。它主要由属于放线菌门的细菌组成，放线菌门是一个具有特殊成员的群体，通常存在于干燥或原始的土壤中。古剖面上部。资料来源：D. Wagner, GFZ这些微生物的存在可能与水泡石膏的存在有关，水泡石膏可溶解成无水石膏，从而提供另一种水源。本研究中观察到的生物属于可利用氢气等痕量气体作为能量来源，利用二氧化碳作为碳源进行生长的物种。第一作者卢卡斯-霍尔曼（Lucas Hormann）说："这种类型的新陈代谢被称为化学溶解自养，其他研究表明，它对有机物作为碳源极其有限的极干旱土壤非常重要。因此，对于本研究中调查的孤立的地下壁龛来说，它也可能是必不可少的。"总结与展望：令人惊叹的沙漠生物多样性及其对地外生命的影响霍斯特曼总结道："这个地下群落在两米深以下的冲积扇沉积物中茁壮成长，显示出惊人的多样性和生态稳定性，它的发现挑战了我们目前对沙漠生态系统的认识。"作者认为，该群落可能早在 1.9 万年前就已在土壤中定植，当时土壤还未被洼地沉积物掩埋，他们还假设该群落可能会继续向下延伸一段未知的距离，这代表了超干旱沙漠土壤中以前未知的深层生物圈。合著者德克-瓦格纳（Dirk Wagner）说："鉴于旱地在地球上的广泛分布，在以前未开发的地下土壤中存在潜在的碳结合群落，不仅对沙漠中的生物多样性，而且对全球范围的元素循环都有深远影响。这表明这些生境的重要性至今仍被低估。这也强调了地表下栖息地对于未来全面了解沙漠生态系统的重要性"。研究人员强调，这项研究的结果不仅对我们的地球有影响，而且也与正在进行的关于在其他行星上寻找生命的讨论有关："火星上存在类似于冲积扇沉积物中的石膏沉积物，这对天体生物学具有重大意义。这些地表下群落与阿塔卡马的石膏基质的联系可能会提供进一步的证据，证明火星上的石膏沉积不仅表明过去可能存在液态水，而且还可能成为目前微生物生命的宜居环境。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

哈佛和麻省理工学院科学家发现肠道中能破坏胆固醇的微生物

哈佛和麻省理工学院科学家发现肠道中能破坏胆固醇的微生物 研究发现，在胆固醇水平降低的人群中，有多种细菌能代谢胆固醇。肠道微生物群的变化与一系列疾病有关，如 2 型糖尿病、肥胖症和炎症性肠病。现在，麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所以及麻省总医院的一个研究小组发现，肠道中的微生物也可能影响心血管疾病。在发表于《细胞》（Cell）杂志的一项研究中，研究小组确定了在肠道中消耗胆固醇的特定细菌种类，它们可能有助于降低人体内的胆固醇和心脏病风险。拉姆尼克-泽维尔实验室、布罗德代谢组学平台的成员和合作者分析了弗拉明汉心脏研究（Framingham Heart Study）1400 多名参与者的代谢物和微生物基因组。研究小组发现，一种名为"颤螺旋菌"（oscillibacter）的细菌会吸收并代谢周围环境中的胆固醇，肠道中这种微生物含量较高的人胆固醇水平较低。他们还确定了这种细菌可能用来分解胆固醇的机制。这些结果表明，以特定方式操纵微生物组的干预措施有朝一日可能有助于降低人体内的胆固醇。这些发现还为更有针对性地研究微生物组的变化如何影响健康和疾病奠定了基础。泽维尔是布罗德研究所的核心成员、免疫学项目主任和传染病与微生物组项目联合主任。他还是哈佛医学院和麻省总医院的教授。泽维尔实验室的博士后研究员李晨皓和研究科学家马丁-斯特拉扎尔是这项研究的共同第一作者。在过去的十年中，其他研究人员发现了肠道微生物组的组成与心血管疾病因素之间的联系，如人的甘油三酯和餐后血糖水平。但科学家们还无法针对这些联系采取治疗措施，部分原因是他们对肠道内的代谢途径缺乏全面的了解。在这项新研究中，布罗德团队更全面、更详细地了解了肠道微生物对新陈代谢的影响。他们将枪式元基因组测序技术与代谢组学技术相结合，枪式元基因组测序技术能分析样本中所有微生物的DNA，代谢组学技术能测量数百种已知和数千种未知代谢物的水平。他们利用这些工具研究了弗雷明汉心脏研究的粪便样本。斯特拉扎尔说："项目成果强调了高质量、经过整理的患者数据的重要性。这使我们能够注意到那些非常微妙且难以测量的效果，并直接对其进行跟踪。"这种方法发现了微生物与代谢特征之间的 16000 多种关联，其中有一种关联特别强烈：与缺乏相关属种细菌的人相比，体内有几种颤螺旋菌属细菌的人胆固醇水平较低。研究人员发现，该属细菌在肠道中的数量惊人，平均每 100 个细菌中就有 1 个。研究人员随后想弄清微生物分解胆固醇的生化途径。为此，他们首先需要在实验室中培养这种生物。幸运的是，实验室多年来一直在收集粪便样本中的细菌，为此他们建立了一个独特的菌种库，其中也包括颤螺旋菌。在成功培育出这种细菌后，研究小组利用质谱法确定了细菌中胆固醇代谢最可能产生的副产品。这使他们能够确定细菌降低胆固醇水平的途径。他们发现，细菌将胆固醇转化为中间产物，然后再由其他细菌分解并排出体外。接下来，研究小组利用机器学习模型确定了负责这种生化转换的候选酶，然后在实验室中的某些颤螺旋菌中检测到了这些酶和胆固醇分解产物。研究小组发现了另一种肠道细菌 - 产粪甾醇真杆菌（Eubacterium coprostanoligenes），它也有助于降低胆固醇水平。这种细菌携带一种基因，科学家们此前已经 先前已经证明参与胆固醇代谢。在新的研究中，研究小组发现，Eubacterium 可能与Oscillibacter对胆固醇水平有协同作用，这表明，研究细菌物种组合的新实验可能有助于揭示不同微生物群落如何相互作用影响人类健康。人类肠道微生物组中的绝大多数基因仍未定性，但研究小组相信，他们在确定胆固醇代谢酶方面取得的成功，为发现受肠道微生物影响的其他类似代谢途径铺平了道路，这些代谢途径可以作为治疗靶点。"有许多临床研究试图进行粪便微生物组转移研究，但对微生物之间以及微生物与肠道之间如何相互作用却不甚了解，"李说。"我们希望先退一步，专注于一种特定的微生物或基因，我们就能系统地了解肠道生态学，并提出更好的治疗策略，比如针对一种或几种微生物进行治疗。""由于肠道微生物组中存在大量功能未知的基因，我们预测代谢功能的能力还存在差距，"他补充说。"我们的工作强调了肠道微生物可能改变其他固醇代谢途径的可能性。我们可能会有很多新发现，这些发现将使我们更接近于从机理上理解微生物是如何与宿主相互作用的。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究发现受感染的微生物会携带产生甲烷的新基因

研究发现受感染的微生物会携带产生甲烷的新基因 研究发现，微生物一旦受到感染，就会携带产生甲烷的新基因。最近的一项研究揭示，感染微生物的病毒在甲烷（一种强效温室气体）的环境循环中发挥着关键作用，从而加剧了气候变化。通过分析从各种湖泊到牛胃内部等15种不同栖息地采集的近1000组元基因组DNA数据，研究人员发现，微生物病毒携带有控制甲烷过程的特殊遗传元素，即辅助代谢基因（AMGs）。根据生物栖息地的不同，这些基因的数量也会不同，这表明病毒对环境的潜在影响也因其栖息地而异。这项研究的第一作者、俄亥俄州立大学伯德极地与气候研究中心副研究员钟志平说，这一发现为更好地理解甲烷如何在不同生态系统中相互作用和移动提供了重要依据。"了解微生物如何推动甲烷过程非常重要，"钟说，他也是一名微生物学家，研究微生物如何在不同环境中进化。"微生物对甲烷代谢过程的贡献已经研究了几十年，但对病毒领域的研究在很大程度上仍然不足，我们希望了解更多"。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。病毒在温室气体排放中的作用病毒帮助促进了地球上所有的生态、生物地球化学和进化过程，但科学家们直到最近才开始探索它们与气候变化的关系。例如，甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体排放源，但主要是由被称为古细菌的单细胞生物产生的。这项研究的共同作者、俄亥俄州立大学微生物组科学中心微生物学教授马修-沙利文（Matthew Sullivan）说："病毒是地球上最丰富的生物实体。在这里，我们在一长串病毒编码的代谢基因中增加了甲烷循环基因，从而扩大了我们对其影响的了解。我们的团队试图回答病毒在感染过程中实际操纵了多少'微生物代谢'"。尽管微生物在加速大气变暖方面发挥的重要作用现已得到广泛认可，但人们对感染这些微生物的病毒所编码的甲烷代谢相关基因如何影响它们的甲烷产生却知之甚少，钟南山说。为了解开这个谜团，钟志平和他的同事们花了近十年的时间从独特的微生物库中收集和分析微生物和病毒 DNA 样本。研究小组选择的最重要的研究地点之一是克罗地亚自然保护区内的弗拉纳湖。在富含甲烷的湖泊沉积物中，研究人员发现了大量影响甲烷产生和氧化的微生物基因。此外，他们还发现了多种病毒群落，并发现了 13 种有助于调节宿主新陈代谢的 AMG。尽管如此，没有任何证据表明这些病毒本身直接编码甲烷代谢基因，这表明病毒对甲烷循环的潜在影响因其栖息地而异，钟说。牲畜和环境影响总之，研究显示，甲烷代谢AMG更有可能在宿主相关环境（如牛胃内部）中发现，而在环境栖息地（如湖泊沉积物）中发现的这些基因则较少。由于奶牛和其他牲畜也造成了全球约 40% 的甲烷排放，他们的研究表明，病毒、生物和整个环境之间的复杂关系可能比科学家们曾经想象的更加错综复杂。钟说："这些发现表明，病毒对全球的影响被低估了，值得引起更多关注。"虽然目前还不清楚人类活动是否影响了这些病毒的进化，但研究小组希望从这项工作中获得的新见解能让人们进一步认识到传染源对地球上所有生命的影响力。尽管如此，要继续深入了解这些病毒的内在机制，还需要进一步的实验来进一步了解它们对地球甲烷循环的贡献，钟南山说，尤其是当科学家们在研究如何减少微生物驱动的甲烷排放时。他说："这项工作是掌握气候变化的病毒影响的第一步。我们还有很多东西要学。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究发现度假者的日晒偏好会改变皮肤微生物群的组成和多样性

研究发现度假者的日晒偏好会改变皮肤微生物群的组成和多样性 研究表明，假日暴晒会迅速但暂时地影响皮肤微生物群，特别是变形菌，从而影响皮肤健康和恢复动态。研究人员发现，过多的阳光照射会对皮肤细菌的短期多样性和组成产生负面影响。长期暴露于紫外线与皮肤细胞中DNA的损伤、炎症和皮肤过早老化有关，但故意晒太阳的行为仍然很普遍。由于缺乏对个人行为如何影响紫外线相关微生物群变化以及这与皮肤健康之间关系的研究，英国的研究人员现在研究了寻求阳光的行为对度假者皮肤微生物群组成的影响。曼彻斯特大学首席研究员、发表在《老龄化前沿》（Frontiers in Aging）杂志上的这项研究的通讯作者阿比盖尔-兰顿（Abigail Langton）博士说："我们在一组度假者身上发现，他们的日晒行为对皮肤微生物群的多样性和组成有很大影响。我们已经证明，晒黑皮肤与度假后立即降低变形杆菌丰度有关。然而，所有度假者的微生物群在他们停止长时间晒太阳几周后都得到了恢复"。晒太阳会伤害皮肤菌落在前往阳光明媚的目的地度假（至少持续七天）之前，研究人员对参与者的皮肤进行了分析。皮肤微生物群主要由表面的三种细菌群落组成：放线菌、变形菌和厚壁菌，在度假后的第 1 天、第 28 天和第 84 天，研究人员再次对参与者的皮肤微生物群进行了评估。此外，每位度假者还根据个人的晒黑反应被分配到一个小组。21 名参与者中有 8 人在度假期间晒黑了皮肤，他们被视为"寻求者"。晒黑"组由 7 人组成，他们在出发时已经晒黑，并在整个假期中保持晒黑。这两组人被归类为"寻求阳光者"。其余六名参与者被视为"避免晒太阳者"；他们的肤色在度假前和度假后都是一样的。这项研究的第一作者、曼彻斯特大学研究员托马斯-威尔莫特（Thomas Willmott）博士解释说："这项研究是在现实生活中的度假者身上进行的，它为我们提供了重要的见解，让我们了解日晒是如何导致晒黑反应的即使是在相对较短的日照时间内也会导致变形杆菌丰度的急剧下降，从而降低皮肤微生物群的多样性。"尽管变形菌迅速减少，皮肤微生物群的多样性也随之发生变化，但细菌群落结构在人们度假归来 28 天后已经恢复。威尔莫特继续说："这表明，度假时暴露在紫外线下会对皮肤微生物群产生急性影响，但一旦回到阳光较弱的气候环境中，恢复速度相对较快。"微生物群紊乱可导致健康问题蛋白质细菌在皮肤微生物群中占主导地位。兰顿指出："因此，微生物群迅速恢复以重建皮肤的最佳功能条件也就不足为奇了。更令人担忧的可能是微生物群多样性的快速改变，这与疾病状态有关。例如，皮肤细菌丰富度的降低以前与皮炎有关。特别是变形杆菌多样性的波动与湿疹和牛皮癣等皮肤问题有关。"研究人员指出，未来的研究应该探讨为什么蛋白细菌似乎对紫外线特别敏感，以及这种多样性的变化如何长期影响皮肤健康。理想的情况是，此类研究的目标是增加参与者的数量，以便进一步深入了解情况。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

操纵代谢：寄生古微生物由内而外改造宿主

操纵代谢：寄生古微生物由内而外改造宿主 由丁苏、约书亚-哈姆、妮可-贝尔、雅普-达姆斯特和安雅-斯潘组成的研究小组在最近的《自然-通讯》上发表了这些研究成果。古细菌是一类独特的单细胞生物，与细菌一样，细胞内没有带有DNA 的细胞核或其他细胞器。这项研究的重点是 DPANN 古细菌，其特点是细胞微小，遗传物质有限。这些古菌依赖其他微生物生存，附着在它们身上并提取脂质来构建自己的细胞膜。电子显微镜下显示寄生的 Ca.Nha.antarcticus：小圆形，附着在宿主 Hrr.图片来源：Joshua N Hamm以前人们认为这些寄生古细菌会不加区分地消耗宿主的任何脂质来制造自己的膜，与此相反，Ding 和 Hamm 的最新研究结果表明，这些寄生古细菌的行为更具选择性。具体地说，寄生古细菌南极纳米古细菌（Candidatus Nanohaloarchaeum antarcticus）只选择性地吸收宿主Halorubrum lacusprofundi 的某些脂质。哈姆总结道："换句话说：换句话说：Ca.N. antarcticus很挑食。"古菌、细菌和高等生物古细菌是一种单细胞生物，长期以来一直被认为是细菌的一个特殊类群。与细菌相似，它们的细胞内没有含有 DNA 的细胞核或其他细胞器。然而，从 20 世纪 70 年代起，微生物学家不再认为古细菌是细菌，而是将它们归类为所有生命形式中的一个独立领域。因此，现在我们有古细菌、细菌和真核生物，后者包括所有动物和植物，它们的细胞中都有带有遗传物质的细胞核。通过分析有寄生虫和没有寄生虫的宿主的脂质，丁和哈姆能够证明宿主通过改变它们的膜来适应寄生虫的存在。这包括改变所使用的脂质的类型和数量，以及改变脂质的行为，从而提高新陈代谢和膜的弹性，使寄生虫更难穿透。他解释说："如果宿主的膜发生变化，就会影响宿主对环境变化（如温度或酸度）的反应。另一个寄生于寄主 Hrr.Nha. antarcticus 寄生在宿主 Hrr.图片来源：Joshua N Hamm这项研究的另一个突破性进展是由苏鼎在国家创新研究院（NIOZ）开发了一种新的分析技术。在此之前，脂质分析需要事先了解目标脂质基团。新技术可以同时检测所有脂质，包括未知类型的脂质，从而有助于发现脂质成分的变化。如果使用传统方法可能无法看到脂质的变化，但新方法使其变得简单明了。这些发现为微生物的相互作用和生态学提供了深刻的见解。哈姆说："它不仅首次揭示了不同古细菌之间的相互作用，还对微生物生态学的基本原理提出了全新的见解。他强调了未来研究的重要性，以确定在不断变化的环境条件下，这些相互作用会如何影响微生物群落的稳定性。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究发现一小部分微生物可能会影响男性精子的活力

研究发现一小部分微生物可能会影响男性精子的活力 据加州大学洛杉矶分校泌尿学系的研究人员称，精液微生物群可能在影响精子参数和提高男性生育能力方面起着至关重要的作用。考虑到最近的研究强调了微生物群对人类整体健康的重要性，研究人员对精液微生物群进行了调查，以了解其对男性不育症的潜在影响。探索精液中这些微生物的功能有可能为开发治疗方法铺平道路，从而纠正精子参数方面的任何问题。乳酸杆菌对精子活力的影响研究发现，一种特殊的微生物 - 惰性乳酸杆菌（Lactobacillus iners）可能会对男性的生育能力产生直接的负面影响。研究人员发现，这种微生物较多的男性更容易出现精子活力问题。以前的研究发现，惰性乳酸杆菌会优先产生 L-乳酸，可能会导致局部的促炎环境，从而对精子的活力产生不利影响。该研究的作者指出，现有的研究已经暗示了这种微生物与生育能力之间的联系，但大多数文献都与阴道微生物群和女性因素有关。这是第一项报告这种微生物与男性因素的生育能力之间存在负相关的研究。精液微生物群的多样性及其影响研究人员还发现，在精子浓度正常和异常的患者中都存在假单胞菌组中的三种细菌。在精子浓度异常的患者中，名为荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）和司徒策氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）的微生物更为常见，而在精子浓度异常的样本中，普氏假单胞菌（Pseudomonas putida）则不太常见。然而，研究结果表明，并非同一密切相关群体的每个成员都会以同样的方式影响生育能力，无论是积极影响还是消极影响。换句话说，即使是密切相关的微生物，也不一定总是与生育能力有相同的直接关系。结论和未来研究方向这项研究的主要作者、加州大学洛杉矶分校泌尿科住院医师瓦迪姆-奥萨德奇（Vadim Osadchiy）说："关于微生物组及其与男性不育的关系，还有很多问题需要探索。"不过，这些发现提供了宝贵的见解，可以引导我们朝着正确的方向深入理解这种相关性。我们的研究与来自小型研究的证据相吻合，将为未来更全面的调查铺平道路，以揭示精液微生物组与生育能力之间的复杂关系"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：