细菌制造的纳米线为应对气候变化提供重要线索

细菌制造的纳米线为应对气候变化提供重要线索由Geobacter产生的"纳米线"，对施加在产电生物膜上的电场作出反应。这些纳米线由细胞色素OmcZ组成，与自然环境中重要的细胞色素OmcS的纳米线相比，显示出1000倍的导电性和3倍的刚度，使细菌能够传输超过100倍的电子。资料来源：SibelEbruYalcin这种恶性循环的一个潜在解决方案可能是另一种微生物，它可以吃掉保护地球的海洋沉积物中高达80%的甲烷通量。微生物如何既作为甲烷的最大生产者，又作为甲烷的消费者，一直是个谜，因为它们在实验室中非常难以研究。在《自然-微生物学》杂志上，由耶鲁大学微生物科学研究所分子生物物理学和生物化学的顾杨琪和NikhilMalvankar领导的一个团队报告了一种与吃甲烷的微生物使用的蛋白质高度相似的惊人的线状特性。该团队此前已经表明，这种蛋白质纳米线显示出迄今为止已知的最高导电性，允许任何细菌产生最高的电力。但迄今为止，没有人发现细菌是如何制造它们的，以及为什么它们显示出如此极高的导电性。利用低温电子显微镜，研究团队能够看到纳米线的原子结构，并发现赫姆斯紧密包装，以超高的稳定性快速移动电子。这也解释了这些细菌如何在没有类似氧气的膜消化分子的情况下生存，并形成可以发送超过100倍细菌大小的电子区域，团队还通过合成方法建造了纳米线，以解释细菌如何按需制造纳米线。Malvankar说："我们正在利用这些细胞色素线来发电，并通过了解食甲烷的微生物如何使用类似的细胞色素线来应对气候变化。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342473.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1342473.htm

耶鲁大学科学家们发现光加速了自然界“电网 ”的传导性

耶鲁大学科学家们发现光加速了自然界“电网”的传导性在土壤和海洋中存在着一个由微小细菌产生、纳米线组成的全球网络，它们通过呼出多余的电子来“呼吸”，为自然界构成了一个内在的电网络。在一项新研究中，耶鲁大学的科学家们发现，在促进生物膜细菌的这种电子活动方面，光是一位令人惊讶的盟友。他们发现，将细菌产生的纳米线暴露在光线下其导电性能会增加100倍之多。这一发现将于当地时间9月7日发表在《NatureCommunications》上。研究论文第一作者、耶鲁大学西校区微生物科学研究所分子生物物理学和生物化学副教授NikhilMalvankar说道：“暴露在光线下的纳米线的电流急剧增加显示出一种稳定和强大的光电流，该过程可以持续数小时。”当研究人员为各种目的寻求利用这种隐藏电流的方法时，这些结果可以提供新的见解。比如它可以被用来帮助消除生物危险废物或创造新的可再生燃料来源。几乎所有的生物都会呼吸氧气以便在将营养物质转化为能量时消除多余的电子。然而生活在海洋深处或埋在地下的土壤细菌却无法获得氧气。几十亿年来，它们已经开发出一种通过“呼吸矿物”的方式进行呼吸，就像浮潜一样，通过被称为纳米线的微小蛋白质丝进行呼吸。当这些细菌被暴露在光线下时，电流的增加让科学家们感到惊讶，因为大多数被测试的细菌都生活在土壤深处并远离光线的照射。以往的研究表明，纳米线生产的细菌在暴露于光下时生长得更快。Malvankar说道：“没有人知道这是如何发生的。”在新研究中，由博士后研究员JensNeu和研究生CatharineShipps领导的一个耶鲁大学团队得出结论，一种被称为细胞色素OmcS的含金属蛋白质--它构成了细菌纳米线--作为一种天然的光导体：当生物膜暴露在光线下时纳米线大大促进了电子转移。“这是一种完全不同的光合作用形式，在这里，由于纳米线之间的快速电子转移，光正在加速细菌的呼吸，”Malvankar介绍道。眼下，Malvankar的实验室正在探索如何利用对细菌导电性的这种洞察力来刺激光电子学的发展。这是光子学的一个子领域，以研究寻找和控制光线的设备和系统。他们希望利用这项技术来捕获甲烷--一种已知的对全球气候变化有重大影响的温室气体。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1313557.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1313557.htm

研究人员破译了一种细菌的内部工作原理

研究人员破译了一种细菌的内部工作原理一个机器人从凝胶层中冲出针头大小的碎片。狭窄的蓝色带子包含来自细菌培养物的蛋白质。随后，这些微小的凝胶碎片中包含的蛋白质将被更详细地分类。资料来源：奥尔登堡大学/MohssenAssanimoghaddam对新陈代谢的全面了解能够预测一种关键环境微生物的生长。根据他们在《mSystems》杂志上的报告，研究人员发现了惊人的机制，使细菌能够适应波动的环境条件。这些结果对生态系统的研究至关重要，其中芳香菌菌株作为一个重要的环境细菌群体的代表，可以作为一个模型生物体。这些发现还可能对污染场地的清理和生物技术应用产生影响。所研究的细菌菌株擅长利用难以分解的有机物质，一般在土壤和水生沉积物中发现。这种微生物在各种条件下茁壮成长，包括氧气、低氧和无氧层，而且在营养物质的摄入方面也非常多变。它们可以代谢40多种不同的有机化合物，包括高度稳定的天然物质，如木质素的成分，这是木材中发现的主要结构材料，以及长寿命的污染物和石油的成分。博士生帕特里克-贝克尔通过仔细的实验室研究，获得了对芳香菌的新陈代谢的整体理解。资料来源：奥尔登堡大学一种具有特殊能力的微生物特别是由六个碳原子组成的苯环的物质，被称为芳香族化合物，可以被这些微生物生物降解--无论是否有氧气的帮助。由于这些能力，Aromatoleum在将土壤和沉积物中的有机化合物完全降解为二氧化碳方面发挥着重要的环境作用--这一过程在生物土壤修复方面也很有用。目前研究的目的是全面了解这种单细胞生物体的功能。为此，研究人员使用五种不同的营养基质，在氧化和缺氧条件下（即有氧和无氧）培养微生物。对于这十种不同的生长条件，他们分别培养了25个培养物，然后使用分子生物学方法（技术术语：多组学）对各种样品进行了检查，这些方法能够同时分析一个细胞中的所有转录基因、产生的所有蛋白质以及其所有代谢产物。芳香菌的相互作用AromatoleumaromaticumEbN1T细菌（底部的黑色轮廓）以多种方式与生物和非生物环境相互作用：人为的输入、其他微生物的活动和自然界的过程产生不同的有机物质（不同颜色的点），细菌将其作为食物。同时，这些物质也被其他微生物所利用（食物竞争）。细菌细胞内的代谢网络通过不同的途径转换和降解这些物质（左边）。细胞反过来产生建筑材料，如DNA、蛋白质、糖类化合物或脂类（右图），它需要这些材料来生长。根据环境条件，细胞在氧气或硝酸盐（NO3-）的帮助下获得能量--显示在图像的最左边。资料来源：RalfRabus和PatrickBecker/奥尔登堡大学系统生物学方法拉布斯解释说："通过这种系统生物学方法可以深入了解一个生物体的所有内部运作。你把细菌分解成它的各个组成部分，然后你可以把它们重新组合起来--在一个模型中，预测一个培养物将以多快的速度生长，以及它将产生多少生物量。"他是奥尔登堡大学海洋环境化学和生物学研究所（ICBM）普通和分子微生物学研究小组的负责人，通过他们细致的工作，研究人员获得了对这种细菌菌株的代谢反应的全面了解。他们发现约有200个基因参与了降解过程，并确定了哪些酶可以分解作为营养物加入的物质，以及各种坚果是通过哪些中间产物产生的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348929.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348929.htm

细菌战甲：青蛙疫苗如何改变微生物组以对抗致命真菌

细菌战甲：青蛙疫苗如何改变微生物组以对抗致命真菌该研究于6月12日发表在皇家学会哲学会刊B的特刊上，表明微生物组反应可能是疫苗功效中一个重要的、被忽视的部分。“构成动物微生物组的微生物通常可以帮助抵御病原体，例如通过产生有益物质或通过与病原体竞争空间或营养物质，”宾夕法尼亚州立大学生物学副教授兼研究负责人GuiBecker说。“但是当你接种疫苗时，你的微生物组会发生什么变化，比如COVID疫苗、流感疫苗或黄热病疫苗等减毒活疫苗？在这项研究中，我们以青蛙作为模型系统开始探索这个问题。”青蛙和其他两栖动物受到壶菌的威胁，这导致几大洲的一些物种灭绝，数百种其他物种的种群数量严重下降。在易感物种中，这种真菌会导致有时致命的皮肤病。“壶菌是近代历史上野生动物保护最严重的病原体之一，如果不是最严重的话，迫切需要开发控制其传播的工具，”贝克尔说，他也是OneHealth微生物组中心和宾夕法尼亚州立大学传染病动力学中心的成员。“我们发现，在某些情况下，疫苗可以诱导微生物组发生保护性转变，这表明仔细操纵微生物组可以作为更广泛战略的一部分，帮助两栖动物，或许还有其他脊椎动物，应对新出现的病原体。”研究人员应用了一种疫苗，在这种情况下，一种由壶菌产生的代谢产物的非致死剂量用于蝌蚪。五周后，他们观察了微生物组的组成是如何变化的，确定了单个细菌种类及其相对比例。研究人员还在实验室中培养了每种细菌，并测试了特定于细菌的产品是否促进、抑制或对壶菌生长没有影响，将结果添加到该信息的大型数据库中并与之进行比较。“增加接触壶菌产品的浓度和持续时间会显着改变微生物组的组成，从而产生更高比例的细菌产生抗壶菌物质，”大学贝克尔实验室的硕士生SamanthaSiomko说。阿拉巴马州的研究人员和论文的第一作者。“这种保护性转变表明，如果一只动物再次接触到相同的真菌，它的微生物组将能够更好地对抗病原体。”以前在微生物组中诱导保护性变化的尝试依赖于添加一种或多种已知可产生有效抗真菌代谢物（即益生菌）的细菌。然而，根据研究人员的说法，细菌必须与微生物组中的其他物种竞争，并且并不总是能够成功地将自己确立为微生物组的永久成员。贝克尔说：“这些青蛙的皮肤上有数百种细菌，它们是从环境中吸收的，而且成分会定期变化，包括随季节变化。试图操纵微生物社区，例如通过添加细菌益生菌，是具有挑战性的，因为社区的动态是如此复杂和不可预测。我们的结果很有希望，因为我们基本上已经朝着更有效地对抗真菌病原体的方向操纵了整个细菌群落，而无需添加需要竞争资源才能生存的生物。”值得注意的是，微生物组内的物种总数多样性没有受到影响，只有物种的组成和相对比例受到影响。研究人员认为这是积极的，因为青蛙微生物组多样性的下降通常会导致疾病或死亡，而且人们普遍认为，维持多样化的微生物组可以让细菌和微生物物种群落更动态地应对威胁更高的功能冗余。研究人员表示，微生物组组成的这种适应性转变，他们称之为“微生物组记忆”，可能在疫苗功效中发挥重要作用。除了了解这种转变背后的机制外，研究小组还希望在未来研究成年青蛙和其他脊椎动物的微生物组记忆概念。“我们的合作团队实施了一种预防技术，该技术依赖于来自壶菌的代谢产物，”贝克尔说。“基于mRNA或活细胞的疫苗——就像那些通常用于预防细菌或病毒感染的疫苗——可能会对微生物组产生不同的影响，我们很高兴探索这种可能性。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1364805.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1364805.htm

来自海底的新型细菌蛋白为气候和天体生物学提供了新的线索

来自海底的新型细菌蛋白为气候和天体生物学提供了新的线索墨西哥湾北部海底岩石下的甲烷包合物（白色冰状物质）。此类沉积物表明甲烷和其他气体穿过海底并进入海洋。图片来源：NOAA但到目前为止，甲烷气体如何在海底保持稳定的生物过程几乎完全未知。在一项突破性研究中，佐治亚理工学院研究人员组成的跨学科团队发现了一类以前未知的细菌蛋白，它们在甲烷包合物的形成和稳定性中发挥着至关重要的作用。由地球与大气科学学院副教授JenniferGlass和化学与生物化学学院教授兼Sepcic-Pfeil主席RaquelLieberman领导的研究小组表明，这些新型细菌蛋白能够有效抑制甲烷包合物的生长与目前用于钻井的商业化学品一样，但无毒、环保且可扩展。他们的研究由美国宇航局资助，为在太阳系中寻找生命提供了信息，并且还可以提高天然气运输的安全性。这项研究发表在《PNASNexus》杂志上，强调了基础科学在研究地球自然生物系统中的重要性，并强调了跨学科合作的好处。格拉斯说：“我们想了解这些地层如何在海底保持稳定，以及到底是什么机制有助于它们的稳定。这是以前没有人做过的事情。”筛选沉积物这项工作首先是团队检查了格拉斯从俄勒冈州海岸附近的海底采集的粘土状沉积物样本。格拉斯假设沉积物中含有影响甲烷笼形物生长的蛋白质，这些蛋白质类似于鱼类中众所周知的抗冻蛋白质，有助于它们在寒冷的环境中生存。抑制剂对甲烷笼形壳的形态影响。左图：一幅卡通图，展示了在使用和不使用抑制剂的情况下，在包合物生长开始时和3小时时甲烷包合物的形成。右：每个生长阶段的实验甲烷包合物的代表性照片，按处理标记。图片来源：佐治亚理工学院但为了证实她的假设，格拉斯和她的研究团队首先必须从沉积物中包含的数百万个潜在目标中识别出候选蛋白质。然后他们需要在实验室中制造蛋白质，尽管不了解这些蛋白质的行为方式。而且，之前没有人研究过这些蛋白质。格拉斯找到了利伯曼，他的实验室研究蛋白质的结构。第一步是利用DNA测序与生物信息学相结合来识别沉积物中所含蛋白质的基因。利伯曼实验室的研究员、该论文的第一作者达斯汀·华德(DustinHuard)随后制备了可能与甲烷包合物结合的候选蛋白质。Huard使用X射线晶体学来确定蛋白质的结构。在实验室中创造海底条件华德将候选蛋白质交给了前博士生阿比盖尔·约翰逊(AbigailJohnson)。格拉斯实验室的学生和该论文的共同第一作者，现在是佐治亚大学的博士后研究员。为了测试这些蛋白质，约翰逊在实验室中重现了海底的高压和低温，自己形成了甲烷包合物。约翰逊与土木与环境工程学院副教授戴盛合作，从头开始建造了一个独特的压力室。约翰逊将蛋白质放入压力容器中，并调整系统以模拟包合物形成所需的压力和温度条件。通过用甲烷对容器加压，约翰逊将甲烷压入液滴中，从而形成甲烷包合物结构。然后，她测量了包合物消耗的气体量（衡量包合物形成速度和数量的指标），并在有蛋白质存在和无蛋白质存在的情况下进行测量。约翰逊发现，使用笼形结合蛋白，消耗的气体更少，并且笼形化合物在更高的温度下熔化。当研究小组证实这些蛋白质会影响甲烷包合物的形成和稳定性后，他们在物理学院教授James(JC)Gumbart的帮助下，利用Huard的蛋白质晶体结构进行了分子动力学模拟。模拟使研究小组能够识别蛋白质与甲烷包合物结合的特定位点。一个令人惊讶的新颖系统这项研究揭示了对蛋白质结构和功能的意想不到的见解。研究人员最初认为该蛋白质中与鱼类抗冻蛋白相似的部分将在包合物结合中发挥作用。令人惊讶的是，蛋白质的这一部分没有发挥作用，并且完全不同的机制指导了相互作用。他们发现这些蛋白质不与冰结合，而是与包合物结构本身相互作用，指导其生长。具体来说，蛋白质中与抗冻蛋白具有相似特性的部分被埋藏在蛋白质结构中，反而起到了稳定蛋白质的作用。研究人员发现，这些蛋白质在修饰甲烷笼形物方面比过去测试过的任何抗冻蛋白质表现更好。它们的性能即使不是更好，也与目前用于钻井的有毒商业包合物抑制剂一样好，这些抑制剂对环境造成严重威胁。防止天然气管道中形成笼形物是一个价值数十亿美元的产业。如果这些可生物降解的蛋白质可以用来防止灾难性的天然气泄漏，那么将大大降低环境破坏的风险。“我们很幸运，这确实有效，因为尽管我们根据这些蛋白质与抗冻蛋白质的相似性来选择这些蛋白质，但它们是完全不同的，”约翰逊说。“它们在自然界中具有相似的功能，但通过完全不同的生物系统实现这一点，我认为这确实令人兴奋。”甲烷包合物可能存在于整个太阳系中——例如，在火星的地下，以及太阳系外层的冰冷卫星上，例如木卫二。研究小组的发现表明，如果微生物存在于其他行星体上，它们可能会产生类似的生物分子，以将液态水保留在包合物的通道中，从而维持生命。“我们仍然对地球上的基本系统了解很多，”华德说。“这是佐治亚理工学院的伟大之处之一——不同的社区可以聚集在一起进行非常酷的、意想不到的科学研究。我从没想过我会从事天体生物学项目，但我们来了，而且我们非常成功。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387331.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387331.htm

新技术可用于寻找外星生命

新技术可用于寻找外星生命在最新一期美国化学会《蛋白质组研究杂志》上，研究人员详细介绍了一种更为准确的极端微生物鉴定方法，其基于蛋白质片段而不是遗传物质。该研究从智利的高海拔湖泊中发现了两种新的耐寒细菌，其中一种细菌生活在类似于早期火星的环境里。尽管人类倾向于避免在极热、极冷或高海拔地区定居，但一些微生物已经适应了在如此恶劣的地方生活。这些极端微生物引起了天体生物学家的兴趣，因为这有助于他们在其他行星上寻找生命。