生物学家研制出光动力酵母菌 带来对进化、生物燃料和细胞衰老的新认识

生物学家研制出光动力酵母菌 带来对进化、生物燃料和细胞衰老的新认识 Anthony Burnett说:“坦率地说，我们对将酵母转化为光养生物(能够利用光能的生物)是多么简单感到震惊。我们所需要做的就是移动一个基因，它们在光照下的生长速度比在黑暗中快2%。没有任何微调或精心的哄骗，它就是有效的。”很容易地为酵母配备这样一个进化上重要的特征，可能对我们理解这种特征是如何起源的意义重大，以及如何将其用于研究生物燃料生产、进化和细胞老化等问题。寻找能量提升这项研究的灵感来自于该小组过去研究多细胞生命进化的工作。该小组去年在《自然》杂志上发表了他们的第一份关于多细胞长期进化实验(MuLTEE)的报告，揭示了他们的单细胞模式生物“雪花酵母”是如何在3000代的时间里进化出多细胞的。在这些进化实验中，出现了多细胞进化的一个主要限制:能量。“氧气很难扩散到组织深处，因此你得到的组织没有能力获得能量。”“我一直在寻找绕过这种基于氧的能量限制的方法。”在不使用氧气的情况下给生物体提供能量的一种方法是通过光。但是从进化的角度来看，将光转化为可用能量的能力是复杂的。例如，允许植物利用光作为能量的分子机制涉及许多基因和蛋白质，这些基因和蛋白质在实验室和自然进化中都很难合成和转移到其他生物体中。幸运的是，植物并不是唯一能将光转化为能量的生物。保持简单生物体利用光的一种更简单的方法是利用视紫红质:一种无需额外的细胞机制就能将光转化为能量的蛋白质。该研究的主要作者Autumn Peterson说:“视紫红质在生命之树上随处可见，显然是生物体在进化过程中相互获取基因而获得的。”这种类型的基因交换被称为水平基因转移，涉及在不密切相关的生物体之间共享遗传信息。水平基因转移可以在短时间内引起看似巨大的进化跳跃，比如细菌如何迅速对某些抗生素产生耐药性。这可能发生在所有的遗传信息中，特别是在视紫红质蛋白中。“在寻找将视紫红质转移到多细胞酵母中的方法的过程中，我们发现我们可以通过将其转移到常规的单细胞酵母中来了解过去在进化过程中发生的视紫红质水平转移。”为了观察他们是否能给单细胞生物配备太阳能视紫红质，研究人员将一种由寄生真菌合成的视紫红质基因添加到普通的面包酵母中。这种特殊的基因被编码为一种视紫红质，这种视紫红质会被插入细胞的液泡中，液泡是细胞的一部分，像线粒体一样，可以将视紫红质等蛋白质产生的化学梯度转化为能量。配备了空泡紫红质，酵母在光照下的生长速度大约快了2%这对进化来说是一个巨大的好处。“在这里，我们有一个单一的基因，我们只是把它跨环境拉到一个以前从未有过光养性的谱系中，它就这样工作了。”“这表明，这种系统真的很容易，至少有时，在一个新的有机体中发挥作用。”这种简单性提供了关键的进化见解，研究人员说明了“视紫红质能够轻易地在如此多的谱系中传播，以及为什么会这样”。由于空泡功能可能有助于细胞衰老，该小组也开始合作研究视紫红质如何能够减少酵母的衰老效应。其他研究人员已经开始使用类似的新型太阳能酵母来研究推进生物生产，这可能标志着生物燃料合成等方面的重大进步。然而，这一团队更热衷于探索这种额外的好处如何影响单细胞酵母向多细胞生物的转变。“我们有这个美丽的简单多细胞模型系统，”Burnett说，他指的是长期运行的多细胞长期进化实验(MuLTEE)。“我们想给它光营养，看看它是如何改变它的进化的。” ... PC版： 手机版：

新发现的酵母菌可预防真菌感染

新发现的酵母菌可预防真菌感染 以色列魏兹曼科学研究院（Weizmann Institute of Science）的研究人员发现了一种可用于预防侵袭性念珠菌病的酵母菌，这是导致住院病人和免疫力低下病人死亡的一个主要原因。最近发表在《实验医学杂志》 （JEM）上的这项研究表明，这种新型酵母在小鼠和人类肠道中无害生存，并能取代导致念珠菌病的白色念珠菌。人体内或人体上生活着数百万种微生物，其中许多对人体健康无害甚至有益。微小的白酵母菌（C. albicans）常见于肠道和身体的其他粘膜表面，通常是良性的，但偶尔也会过度生长并引起浅表感染，俗称鹅口疮。但在某些情况下，酵母菌可能会穿透肠道屏障，全身感染血液或内脏器官。这种危险的情况被称为侵袭性念珠菌病，常见于医疗环境中，尤其是免疫力低下的患者，死亡率高达 25%。白念珠菌扩散到免疫抑制小鼠的肾脏（左），但接触K. weizmannii可减轻侵袭性念珠菌病（右）魏兹曼研究所的斯蒂芬-荣格（Steffen Jung）及其同事在研究实验室小鼠的酵母菌感染时发现，他们的一些小鼠携带一种新型酵母菌，这种酵母菌能防止动物感染白僵菌。研究人员将这种新型酵母命名为Kazachstania weizmannii，它与生产酸面团的酵母关系密切，似乎可以无害地生活在小鼠肠道中，即使动物受到免疫抑制时也是如此。研究人员发现，魏茨曼尼酵母菌能在肠道内与白僵菌竞争，从而减少小鼠肠道中白僵菌的数量。此外，虽然白僵菌能穿过肠道屏障并扩散到免疫抑制小鼠的其他器官，但在动物的饮用水中添加魏茨曼蘑菇能显著延缓侵袭性念珠菌病的发生。值得注意的是，Jung 及其同事还在人类肠道样本中发现了魏茨曼 念珠菌和其他类似物种。他们的初步数据表明，K. weizmannii的存在与白色念珠菌的存在是相互排斥的，这表明这两个物种在人类肠道中也可能相互竞争。"凭借其在小鼠肠道中与白念珠菌成功竞争的能力，K. weizmannii降低了白念珠菌的负担，缓解了免疫抑制动物的念珠菌病发展，"Jung说。"Kazachstania与念珠菌之间的这种竞争可能对治疗白僵菌介导的疾病具有潜在的治疗价值。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员发现抗生素耐药性的新因素 挑战传统观点

研究人员发现抗生素耐药性的新因素 挑战传统观点 这一发现挑战了抗生素耐药性主要是由于过度使用抗生素的传统观点，凸显了"隐性饥饿"在这一全球健康问题中的作用。这项研究强调，需要采取全面的解决方案来解决营养不良问题及其对抗生素耐药性的影响。这项研究的重点是了解维生素 A、B12、叶酸、铁和锌等关键微量营养素含量不足对消化道内多种细菌、病毒、真菌和其他微生物的影响。他们发现，这些缺陷导致小鼠肠道微生物群发生重大变化，最明显的是已知为机会性病原体的细菌和真菌数量急剧增加。重要的是，微量营养素缺乏的小鼠还表现出与抗生素耐药性有关的基因富集度更高。"在有关全球抗生素耐药性的讨论中，微量营养素缺乏一直是一个被忽视的因素，"UBC医学遗传学系、儿科系和不列颠哥伦比亚省儿童医院研究所博士后研究员Paula Littlejohn博士说。"这是一个重大发现，因为它表明营养缺乏会使肠道环境更有利于抗生素耐药性的产生，而这正是全球健康的一个主要问题。"作为一种防御机制，细菌天然拥有这些基因。某些情况下，如抗生素压力或营养压力，会导致这些机制的增加。这就构成了一种威胁，可能会使许多强效抗生素失效，导致未来普通感染变得致命。抗生素耐药性通常被归咎于抗生素的过度使用和滥用，但利特尔约翰博士和她在加拿大卑诗大学的同事们的研究表明，微量营养素缺乏的"隐性饥饿"是另一个重要因素。利特尔约翰博士说："全球约有3.4亿五岁以下儿童患有多种微量营养素缺乏症，这不仅会影响他们的生长，还会显著改变他们的肠道微生物群。我们的研究结果尤其令人担忧，因为这些儿童经常因营养不良相关疾病而服用抗生素。具有讽刺意味的是，由于潜在的微量营养素缺乏，他们的肠道微生物组可能会产生抗生素耐药性。"这项研究为了解生命早期微量营养素缺乏的深远影响提供了重要见解。研究强调，需要采取综合战略来解决营养不良问题及其对健康的连锁反应。解决微量营养素缺乏问题不仅仅是为了克服营养不良，它也可能是对抗全球抗生素耐药性祸害的关键一步。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新研究揭示了红茶菌的降脂功效

新研究揭示了红茶菌的降脂功效 最近的一项研究发现，红茶菌中的微生物会影响一种模式蠕虫肠道中的脂肪代谢，其影响方式与禁食对代谢的影响相似。这项研究由北卡罗来纳大学教堂山分校的罗伯特-道恩及其团队完成，最近发表在《PLOS 遗传学》杂志上。红茶菌是一种加糖的发酵茶饮料，近来大受欢迎，部分原因是它被认为对健康有益，如降血压、预防癌症、防止新陈代谢疾病和肝脏毒素。据信，这些益处来自于饮料中的益生微生物及其对新陈代谢的影响，但相关的健康声称尚未在人体中得到充分研究。Dowen 的研究小组通过给线虫模型喂食红茶菌中的微生物来研究它们如何影响新陈代谢。研究人员发现，酵母和细菌在蠕虫的肠道中定植，并产生与禁食期间类似的新陈代谢变化。微生物改变了参与脂肪代谢的基因的表达，导致更多的蛋白质分解脂肪，更少的蛋白质形成一种叫做甘油三酯的脂肪分子。这些变化共同减少了蠕虫体内的脂肪储存。小批量红茶菌在实验室发酵的图片。图片来源：Elizabeth Poindexter，联合国大学教堂山分校研究生院，CC-BY 4.0这项新成果让人们了解到红茶菌中的益生菌是如何重塑模式蠕虫物种的新陈代谢的，并为这些微生物可能如何影响人类新陈代谢提供了提示。但作者指出，这些发现似乎与所报道的红茶菌对人类健康的益处相一致，并可能为今后在辅助保健方法中使用这种饮料提供信息。作者补充说："我们惊讶地发现，与其他饮食相比，食用含有红茶菌中益生菌的饮食的动物脂肪积累减少，甘油三酯水平降低，脂滴（一种储存细胞脂质的细胞器）变小。这些发现表明，即使在营养充足的情况下，红茶菌中的微生物也会在宿主体内引发一种"类似禁食"的状态。"这项工作得到了美国国立卫生研究院（NIGMS）的 T32GM007092 号基金、美国国立卫生研究院（NCCIH）的 F31AT012138 号基金和美国国立卫生研究院（NIGMS）的 R35GM137985 号基金的支持。编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1371/journal.pgen.1011003 ... PC版： 手机版：

人类为何频繁眨眼？新研究挑战传统观点

人类为何频繁眨眼？新研究挑战传统观点 研究人员发现，眨眼对于处理视觉信息至关重要，这对视觉的传统观点提出了挑战，并有助于更广泛地修正该领域的认识。眨眼这个简单的动作，竟然占据了我们大部分的清醒时间。平均而言，人类在醒着的时候，大约有 3% 到 8% 的时间会因为眨眼而闭上双眼。鉴于眨眼会阻止外部景物的图像在视网膜上形成，我们花如此多的时间处于这种看似脆弱的状态，真是一种奇特的进化怪圈尤其是考虑到眨眼的频率比必要的频率还要高，只是为了保持眼睛的润滑。那么，为什么眨眼很重要呢？罗切斯特大学的研究人员对眨眼这一奇特现象进行了调查，发现眨眼不仅仅是保持眼睛湿润的一种机制，眨眼在让我们的大脑处理视觉信息方面也发挥着重要作用。研究人员在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的研究成果。脑与认知科学系教授米歇尔-鲁奇（Michele Rucci）说："通过调节视网膜的视觉输入，眨眼能有效地重新格式化视觉信息，产生的亮度信号与我们通常观察场景中某一点时所体验到的信号截然不同。"鲁奇和他的同事追踪了人类观察者的眼球运动，并将这些数据与计算机模型和频谱分析（分析视觉刺激中的各种频率）相结合，研究了眨眼与眼皮闭合时相比，对眼睛所看到的东西有何影响。研究人员测量了人类对不同类型刺激（如不同细节层次的图案）的感知灵敏度。他们发现，当人们眨眼时，他们会更善于注意到逐渐变化的大图案。也就是说，眨眼能为大脑提供有关视觉场景整体大画面的信息。研究结果表明，当我们眨眼时，眼睑的快速运动会改变有效刺激视网膜的光线模式。与睁开眼睛专注于某一点时相比，这为我们的大脑创造了一种不同的视觉信号。本文第一作者、鲁奇实验室的研究生杨斌说："我们的研究表明，人类观察者从眨眼瞬态中获益，正如这些瞬态所传递的信息所预测的那样。因此，与通常的假设相反，眨眼会改善而不是破坏视觉处理，充分补偿刺激暴露的损失。"这些发现进一步加强了鲁奇实验室在视觉感知方面不断增长的研究成果，强调了人类的视觉是感觉输入和运动活动的结合。例如，当我们嗅觉或触觉时，我们的肢体动作会帮助大脑理解空间。研究人员以前认为视觉是不同的，但鲁奇的研究支持了视觉更像其他感官的观点。鲁奇说："由于空间信息在视网膜上的图像中是明确的，因此人们认为视觉感知是不同的。我们的研究结果表明，这种观点并不全面，视觉与其他感官模式的相似性比人们通常认为的要高。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

来自巴塔哥尼亚的野生酵母 让您的下一款啤酒令人难忘

来自巴塔哥尼亚的野生酵母 让您的下一款啤酒令人难忘 巴塔哥尼亚野生菌株与传统酿酒酵母的杂交种发生了突变，从而提高了酒精产量。智利圣地亚哥大学的研究人员詹妮弗-莫利内特（Jennifer Molinet）和弗朗西斯科-库比约斯（Francisco Cubillos）将巴塔哥尼亚的野生酵母与传统酿酒酵母杂交，培育出了用于生产拉格啤酒的新酵母菌株。他们的研究结果发表在 6 月 20 日出版的《PLOS 遗传学》（PLOS Genetics）杂志上，揭示了这些杂交酵母能为拉格啤酒带来独特的风味和香气。拉格啤酒占全球啤酒市场的 90% 以上，通常在低温下酿造。由于所用酵母的遗传多样性极低，拉格啤酒的风味和香气传统上一直受到限制。目前，该行业只依赖两种酵母，它们都是普通酿酒酵母（酿酒酵母）和适应寒冷环境的野生菌株（欧巴扬斯酵母）的杂交种。巴塔哥尼亚山区的酵母。图片来源：Francisco Cubillos, (CC-BY 4.0) 利用杂交酵母提高啤酒的品质在这项新研究中，研究人员通过在低温下将酿酒酵母与巴塔哥尼亚的野生 S. eubayanus 天然分离物杂交，在实验室中创造出了新型拉格啤酒酵母。他们用促进发酵质量的方法培育杂交种。进一步的分析表明，这些菌株的基因发生了突变，增强了它们代谢某些类型糖的能力，从而产生了独特的香气特征和较高的酒精产量。研究人员说，新菌株的成功部分归因于它们的线粒体为细胞提供能量的细胞器继承自耐寒的野生菌株，而不是酿酒酵母。总之，新的研究结果表明，可以利用野生酵母菌株的遗传多样性来开发适合工业化生产的新型啤酒酵母。该研究的作者鼓励其他人探索野生酵母，以此扩大现有啤酒风格的范围。 作者补充道：我们的研究利用了巴塔哥尼亚野生酵母的巨大遗传多样性，创造出了具有更强发酵能力和独特香气特征的新型拉格啤酒杂交菌株。通过种间杂交、实验进化和发酵相关基因变化的鉴定，我们扩大了可用于拉格啤酒酿造的工业酵母的范围。编译自/scitechdailyDOI: 10.1371/journal.pgen.1011154 ... PC版： 手机版：