科学家正利用土壤微生物的DNA帮助提高气候模型的准确性

科学家正利用土壤微生物的DNA帮助提高气候模型的准确性微生物模型利用广泛的基因组数据为土壤碳模拟提供动力。图片来源：VictorO.Leshyk插图这个新模型使科学家们能够更好地了解某些土壤微生物如何有效地储存植物根系提供的碳，并为农业战略提供信息，以保护土壤中的碳，支持植物生长和减缓气候变化。"我们的研究证明了直接从土壤中收集微生物遗传信息的优势。在此之前，我们只掌握了实验室研究的少数微生物的信息，"论文第一作者、伯克利实验室博士后研究员吉安娜-马施曼（GiannaMarschmann）说。"有了基因组信息，我们就能建立更好的模型，预测各种植物类型、作物甚至特定栽培品种如何与土壤微生物合作，更好地捕集碳。同时，这种合作还能增强土壤健康"。最近发表在《自然-微生物学》杂志上的一篇新论文介绍了这项研究。论文的通讯作者是伯克利实验室的EoinBrodie和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的JenniferPett-Ridge，后者领导着"微生物持久存在"土壤微生物组科学重点领域项目，该项目由能源部科学办公室资助，以支持这项工作。看见看不见的东西-微生物对土壤健康和碳的影响土壤微生物帮助植物获取土壤养分，抵抗干旱、疾病和虫害。它们对碳循环的影响在气候模型中的体现尤为重要，因为它们会影响土壤中储存的碳量或在分解过程中以二氧化碳形式释放到大气中的碳量。通过利用这些碳构建自己的身体，微生物可以将碳稳定（或储存）在土壤中，并影响碳在地下的储存量和储存时间。这些功能与农业和气候的相关性正受到前所未有的关注。然而，仅一克土壤中就含有多达100亿个微生物和数千个不同物种，绝大多数微生物从未在实验室中被研究过。直到最近，科学家们才从实验室研究的极少数微生物中获得数据，为这些模型提供依据，其中许多微生物与需要在气候模型中体现的微生物无关。Brodie解释说："这就好比根据只生长在热带森林中的植物所提供的信息，为沙漠建立生态系统模型。"为了应对这一挑战，科学家团队直接利用基因组信息建立了一个模型，该模型能够适应任何需要研究的生态系统，从加利福尼亚的草原到北极解冻的永久冻土。该模型利用基因组深入了解土壤微生物的功能，研究小组将这种方法用于研究加利福尼亚牧场中植物与微生物组之间的相互作用。牧场在加州具有重要的经济和生态意义，占陆地面积的40%以上。研究重点是生活在植物根部周围的微生物（称为根圈）。这是一个重要的研究环境，因为尽管根区只占地球土壤体积的1-2%，但据估计，根区储存了地球土壤中30-40%的碳，其中大部分碳是由根系在生长过程中释放出来的。为了建立这个模型，科学家们利用加州大学霍普兰研究与推广中心提供的数据，模拟了微生物在根部环境中的生长情况。不过，这种方法并不局限于特定的生态系统。由于某些遗传信息与特定的性状相对应，就像人类一样，基因组（模型所基于的）与微生物性状之间的关系可以转移到世界各地的微生物和生态系统中。研究小组开发了一种新方法来预测微生物的重要性状，这些性状会影响微生物利用植物根系提供的碳和养分的速度。研究人员利用该模型证明，随着植物的生长和碳的释放，由于根系化学和微生物性状之间的相互作用，会出现不同的微生物生长策略。特别是，他们发现，生长速度较慢的微生物在植物生长后期会受到碳释放类型的青睐，而且它们在利用碳方面的效率出奇地高--这使它们能够在土壤中储存更多的这种关键元素。这一新的观测结果为改进模型中根系与微生物之间的相互作用提供了依据，并提高了预测微生物如何影响气候模型中全球碳循环变化的能力。"这些新发现对农业和土壤健康具有重要意义。通过我们正在建立的模型，我们越来越有可能利用对碳如何在土壤中循环的新认识。这反过来又为我们提供了可能性，使我们能够提出保护土壤中宝贵的碳的策略，从而在可行的范围内支持生物多样性和植物生长，以衡量其影响，"马施曼说。这项研究强调了利用基于遗传信息的建模方法来预测微生物性状的威力，有助于揭示土壤微生物组及其对环境的影响。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420579.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420579.htm

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（MatthewSullivan）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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423073.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423073.htm

冰川萎缩引发“绿色转型”：微生物正在蓬勃发展

冰川萎缩引发“绿色转型”：微生物正在蓬勃发展来自洛桑联邦理工学院（EPFL）和查尔斯大学（CharlesUniversity）的科学家们根据"消失的冰川"（VanishingGlaciers）项目的全球样本发现，随着冰川的缩小，山区溪流中的微生物生命也在蓬勃发展。这种"绿色过渡"导致初级生产增加，改变了当地的碳和营养循环。图片来源：EPFL/VincentdeStark冰川注入的溪流在夏季是浑浊汹涌的洪流。大量的冰川融水搅动着岩石和沉积物，几乎没有光线可以照射到河床，而其他季节的低温和积雪则几乎没有机会让丰富的微生物群生长。但是，随着冰川在全球变暖的影响下逐渐缩小，冰川的水量也在不断减少。这意味着溪流变得更加温暖、平静和清澈，使藻类和其他微生物有机会大量繁殖，并为当地的碳和营养循环做出更大贡献。洛桑联邦理工学院河流生态系统实验室（RIVER）的全职教授汤姆-巴廷（TomBattin）说："我们正在目睹这些生态系统中微生物组发生深刻变化的过程--由于初级生产的增加，这简直就是一场'绿色转型'。"在论文中，科学家们研究了溪水中的氮和磷等营养物质，以及生活在河床沉积物中的微生物为利用这些营养物质而产生的酶。然后，他们观察了由大小不一的冰川提供水源的巨大梯度溪流中这两种营养物质的变化。"冰川哺育的溪流生态系统通常拥有有限的碳和营养物质，尤其是磷，"前RIVER博士后、本文第一作者泰勒-科勒（TylerKohler）解释说。"随着冰川的萎缩，藻类和其他微生物对磷的需求增加，高山溪流中磷的限制可能会越来越多"。因此，磷作为生命的重要组成部分，在下游生态系统（包括较大的河流和湖泊）中将变得更加稀缺，对其食物网的影响尚不可知。2023年8月，"消失的冰川"项目的科学家在《皇家学会开放科学》上发表了一篇论文，支持上述发现。在这项研究中，作者分析了乌干达鲁文佐里山脉一条由冰川提供水源的小溪的微生物群。在这里，营养物质和酶的组成也大不相同，藻类非常丰富。巴廷说："鲁文佐里冰川发生的变化让我们看到了瑞士冰川注入的溪流在30年或50年后的样子。这种变化的一个结果是，随着冰川注入的溪流接纳更多的微生物生命，它们将在二氧化碳通量等生物地球化学循环中发挥更大的作用。"RIVER团队计划在此基础上继续开展研究。他们正在对冰川溪流中的微生物生物多样性进行普查，并利用各种基因组信息，探索多样化的微生物是如何在地球上最极端的淡水生态系统中生存的。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422878.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422878.htm

科学家利用废矿作为实验室 绘制广阔的地表下微生物世界地图

科学家利用废矿作为实验室绘制广阔的地表下微生物世界地图MagdalenaOsburn教授在八月份的一次现场考察中取出一个样本。图片来源：桑福德地下研究设施研究人员总共描述了近600个微生物基因组的特征，其中一些是科学界的新发现。在这批微生物中，领导这项研究的西北大学地球科学家马格达莱纳-奥斯本（MagdalenaOsburn）说，大多数微生物可分为两类：它们是"极简主义者"和"极致主义者"。"极简主义者"简化了它们的生活，每天都吃同样的东西；而"极致主义者"则随时准备贪婪地攫取任何可能出现的资源。这项研究最近发表在《环境微生物学》杂志上。桑福德地下研究设施的前金矿外景。资料来源：桑福德地下研究设施这项新研究不仅扩展了我们对生活在地下深处的微生物的了解，还暗示了我们有一天可能在火星上发现的潜在生命。由于微生物依靠岩石和水内的资源生存，而这些资源与地表是物理分离的，因此这些生物也有可能在火星尘土飞扬的红色深处生存。西北大学温伯格艺术与科学学院地球与行星科学副教授奥斯本说："地表下的深层生物圈是巨大的；这是一个广阔的空间。我们利用矿井作为进入生物圈的通道，无论如何接近生物圈都很困难。这项研究的强大之处在于，我们最终获得了大量基因组，其中许多来自研究不足的群体。通过这些DNA，我们可以了解哪些生物生活在地下，并了解它们可能在做什么。这些生物通常无法在实验室中生长，也无法在更传统的环境中进行研究。它们通常被称为'微生物暗物质'，因为我们对它们知之甚少。"进入地壳的入口在过去的10年中，奥斯本和她的学生们定期前往位于南达科他州利德市的前霍姆斯泰克矿山（HomestakeMine），收集地球化学和微生物样本。现在，这个地下深处的实验室被称为桑福德地下研究设施（SURF），主持了一系列跨学科的研究实验。2015年，奥斯本在整个SURF建立了六个实验点，统称为"深矿微生物观测站"。"矿井现在是一个专门用于地下科学的设施，"奥斯本说。"研究人员主要进行高能粒子物理实验。但他们也让我们研究生活在岩石中的深层生物圈。我们可以在一个受控的专用场所进行实验，并在几个月后对其进行检查，这在活跃的矿井中是做不到的。"通过在矿井内的岩石上钻孔，奥斯本和她的团队可以捕捉到由水和溶解气体组成的断裂流体。其中一些流体的历史可长达1万年，其中蕴藏着大量微生物生命，而这些微生物生命在其他情况下都是与世隔绝、被忽视的。在这项新研究中，奥斯本和她的团队收集了8份流体样本，这些样本采集于整个矿井的不同位置，深度从地表一直到约1.5千米深处。这些样本提供了一个窗口，让人们了解微生物生命随深度变化的梯度。"极简主义者"和"极致主义者"回到奥斯本在西北大学的实验室后，她和她的团队对样本中的微生物DNA进行了测序。在近600个基因组中，微生物代表了50个不同的门和18个候选门。在这个多样化的微生物群落中，奥斯本发现，在某些时候，每个品系都会趋向于一种决定生命的轨迹：成为极简主义者或极致主义者。奥斯本说："我们发现，许多微生物要么是极简主义者：超流线型，只有一项工作做得非常好，与合作者紧密团结；要么就是什么都能做一点。这些"极致主义者"随时准备好利用出现的每一种资源。如果有机会制造一些能量或转化生物分子，它就会做好准备。通过观察它的基因组，我们可以知道它有很多选择。如果营养物质匮乏，它可以自己制造。"玛格达莱纳-奥斯本教授收集由水和溶解气体组成的断裂流体。图片来源：桑福德地下研究设施奥斯本解释说，极简主义者通常与朋友共享资源，这些朋友也有专门的工作："其中一些菌系甚至没有制造自身脂质的基因，这让我大吃一惊。没有脂质怎么能制造细胞呢？这就有点像人类无法制造每一种氨基酸，所以我们吃蛋白质来获得我们自己无法制造的氨基酸。但这是更极端的情况。极简主义者是极端的专家，他们齐心协力，使其发挥作用。这是一种共享，没有重复劳动"。对地球和地球以外的启示奥斯本说，当我们想象地球以外的生命时，这些地下微生物可能会为其他地方可能存在的生命提供线索。她说："当我看到微生物生命的证据时，我真的很兴奋，它们在没有我们、没有植物、没有氧气、没有地表大气的情况下做着自己的事情。这些生命很可能就存在于火星深处或冰冷卫星的海洋中。这些生命形式告诉我们太阳系其他地方可能存在什么。而且，它们对我们自己的星球也有影响。例如，随着工业界寻找长期碳储存的地点，许多公司正在探索将二氧化碳注入地下深处的可能性。"在我们探索这些方案时，奥斯本提醒我们不要忘记微生物。她说："我们需要认识到深层地下的生命，以及人类活动（如采矿和碳储存）可能对其产生的影响。如果我们将二氧化碳封存在地下，就会有微生物将其代谢为甲烷。地下有一个生物圈，根据对它的扰动，有可能对地表产生影响"。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401433.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401433.htm

科学家设计出食油微生物 排泄出世界上最便宜的"清洁"氢气

科学家设计出食油微生物排泄出世界上最便宜的"清洁"氢气德克萨斯州的Cemvita公司在实验室和现场测试了一种迷人的新技术后，表示未来清洁氢气的价格可以低于1美元/公斤。这个想法是将专门开发的微生物泵入枯竭的油井，在那里它们会吃油并排泄氢气。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1323681.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1323681.htm

抗生素和它们的盟友：科学家发现保护肠道微生物组的化合物

抗生素和它们的盟友：科学家发现保护肠道微生物组的化合物这项独特的研究由LisaMaier博士和CamilleV.Goemans博士进行。Goemans博士及其同事的独特研究，分析了144种不同的抗生素对最常见的肠道细菌丰度的影响，为减少抗生素治疗对肠道微生物组的不利影响提供了新的见解。人类肠道中数以万亿计的微生物通过帮助消化、提供营养物质和代谢物以及与免疫系统合作抵御有害细菌和病毒而对健康产生深远影响。抗生素会破坏这些微生物群落，导致失衡，从而导致艰难梭菌感染引起的复发性胃肠道问题，以及肥胖、过敏、哮喘和其他免疫或炎症疾病等长期健康问题。尽管有这种众所周知的附带损害，但由于技术上的挑战，哪些抗生素会影响哪些类型的细菌物种，以及是否能减轻这些负面的副作用还没有被系统地研究。为了了解更多，研究人员系统地分析了用144种不同的抗生素治疗后在肠道中常见的27种不同细菌的生长和存活情况。他们还评估了这些抗生素-细菌组合中超过800种抗生素的最小抑制浓度（MIC）--阻止细菌生长所需的最小抗生素浓度。结果显示，大多数肠道细菌的MIC比致病细菌略高，这表明在常用的抗生素浓度下，大多数被测试的肠道细菌不会受到影响。然而，两类广泛使用的抗生素--四环素类和大环内酯类不仅在比阻止致病菌生长所需的浓度低得多的情况下阻止了健康细菌的生长，而且还杀死了他们测试的一半以上的肠道细菌物种，有可能在很长一段时间内改变肠道微生物组构成。由于药物在不同的细菌物种之间的相互作用不同，研究人员调查了是否可以使用第二种药物来保护肠道微生物。他们将抗生素红霉素（一种大环内酯）和多西环素（一种四环素）与一组1197种药物结合起来，以确定能够保护两种丰富的肠道细菌物种（Bacteriodesvulgatus和Bacteriodesuniformis）免受抗生素影响的合适药物。研究人员确定了几种有希望的药物，包括抗凝血剂地卡因，痛风药物苯溴马隆，以及两种抗炎药物托芬那酸和二氟尼考。重要的是，这些药物并不影响抗生素对致病细菌的效果。进一步的实验表明，这些解毒药物也保护了来自人类粪便样本和活体小鼠的天然细菌群落。德国柏林马克斯-德尔布吕克分子医学中心的UlrikeLöber博士说："一个国际科学家团队的这项艰巨工作确定了一种新的方法，将抗生素与保护性解毒剂相结合，帮助保持肠道微生物组的健康，减少抗生素的有害副作用，而不影响其效率。尽管我们的研究结果很有希望，但还需要进一步研究，以确定最佳和个性化的解毒药物组合，并排除对肠道微生物组的任何潜在长期影响"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356111.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356111.htm