《.环境工程微生物学 》

《.环境工程微生物学 》 简介：该学科研究微生物在生态保护与污染治理中的应用，利用细菌、真菌等微生物的代谢功能降解污染物，促进碳氮循环。涵盖废水处理、土壤修复、固废资源化等领域，结合分子生物学技术优化生物膜、活性污泥等工艺，推动环境治理向高效、低碳方向转型。 亮点：跨学科融合（环境科学+微生物学）- 技术前沿性（基因编辑、合成生物学）- 应用广泛性（水/气/固全介质治理）- 可持续性（生物能源开发、生态平衡维护） 标签：#环境工程 #微生物学 #生物修复 #合成生物学 #可持续发展 链接：https://pan.quark.cn/s/55165eb8bdf8

开创性的方法揭示了地球表面深处微生物群落的关键信息

开创性的方法揭示了地球表面深处微生物群落的关键信息 由比奇洛海洋科学实验室研究人员领导的科学家团队开发出一种创新方法，将生活在地球表面深处无氧环境中的单个微生物的遗传学和功能联系起来。测量这两个属性更重要的是将它们联系起来长期以来一直是微生物学的一项挑战，但对于了解微生物群落在碳循环等全球过程中的作用至关重要。比奇洛实验室单细胞基因组学中心开发的新方法使研究人员发现，在死亡谷地下近半英里处的地下含水层中，一种消耗硫酸盐的细菌不仅数量最多，而且是最活跃的生物。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上，表明这种方法可以成为测量不同生物在这些极端环境中活跃程度的有力工具。洞察微生物群落动力学"以前，我们不得不假定所有细胞都以相同的速率运行，但现在我们可以看到，微生物群落个体成员之间的活动水平存在很大差异，"研究科学家兼论文第一作者梅洛迪-林赛说。"这有助于我们了解这些微生物群落的能力，以及它们可能对全球生物地球化学循环产生的影响"。沙漠研究所团队从死亡谷的钻孔中提取样本。图片来源：杜安-莫泽，沙漠研究所最近的研究是一个更大项目的一部分，该项目将微生物的遗传密码它们能做什么的蓝图与它们在任何特定时刻实际在做什么联系起来。方法论方面的进展由美国国家科学基金会 EPSCoR 计划资助的"基因组到表型组"项目是毕格罗实验室、沙漠研究所和新罕布什尔大学之间的一项合作项目。该项目利用单细胞基因测序的最新进展，创造性地采用流式细胞仪估算细胞内呼吸等过程的速率。流式细胞仪是一种分析单个环境微生物的方法，比奇洛实验室将其从生物医学科学中改造出来，使研究人员能够快速分拣出含水层水样中的活微生物。这些微生物被一种特殊设计的化合物染色，当细胞内发生某些化学反应时，这种化合物就会在流式细胞仪的激光下发光。比奇洛实验室的实习学生通过实验得出了细胞在激光下发出荧光的程度与这些反应速度之间的关系，然后将其应用到死亡谷的样本中。测量并分离出活性细胞后，研究小组对它们各自的基因组进行了测序。研究人员还使用了元转录组学（一种确定哪些基因正在活跃表达的方法）和放射性同位素示踪剂（一种测量微生物群落活动的更传统的方法）。这样做既是为了"双重检查"他们的结果，也是为了获得更多关于这些微生物的基因能力与它们实际活动之间联系的信息。单细胞基因组学中心是世界上唯一一家为研究人员提供这种新技术的分析机构。"这项研究对我们的研究团队和南加州地质调查局来说是一个令人兴奋的机会，可以帮助我们更好地了解地下巨大而神秘的微生物生态系统，"比奇洛实验室高级研究科学家、南加州地质调查局局长兼该项目的首席研究员拉穆纳斯-斯泰潘纳斯卡斯（Ramunas Stepanauskas）说。这项新研究首次展示了这种量化单个细胞活性的方法。2022 年底，研究小组发表了关于海水中微生物的研究结果，显示一小部分微生物消耗了海洋中的大部分氧气。在这篇新论文中，研究小组扩展了这一方法，表明它可用于低生物量环境中不依赖氧气的微生物。例如，在从加利福尼亚州地下含水层提取的样本中，科学家们估计每毫升水中有数百个细胞，而一般地表水每毫升中有数百万个细胞。"我们一开始研究海洋中的有氧呼吸生物，因为它们更活跃，更容易分类，也更容易在实验室中生长，"林赛说。"但有氧呼吸只是微生物学中可能存在的一个过程，所以我们想在此基础上进一步拓展"。扩大微生物研究范围研究结果证实，Candidatus Desulforudis audaxviator 细菌（绰号"勇敢的旅行者"）不仅是这一环境中数量最多的微生物，也是最活跃的微生物，它能将硫酸盐还原为能量。与之前研究中的海水样本相比，研究小组测得的总体活性率较低，但单个微生物的活性差异很大。研究小组目前正努力将他们的方法应用于测量其他厌氧反应，如硝酸盐还原，并应用于新的环境，包括缅因州沿海的沉积物。由美国国家航空航天局（NASA）资助的一个相关项目也使林赛和她的同事们能够在海洋深处的地下测试这种方法。"现在，我们正在世界各地进行这些点测量，它们确实有助于我们更好地了解微生物的活动情况，但我们需要扩大其规模。因此，我们正在考虑如何将这种方法应用到新的地方，甚至有可能应用到其他星球上，并扩大应用范围。"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：

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：

寻找抗生素耐药性的起源：科学家发现18种前所未见的肠道微生物

寻找抗生素耐药性的起源：科学家发现18种前所未见的肠道微生物 预计到 2050 年，抗生素耐药感染将取代癌症成为导致死亡的主要原因，因此了解和限制抗生素耐药细菌的传播成为全世界的当务之急。在最近发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一篇论文中，由马萨诸塞州眼耳科医院首席科学官迈克尔-吉尔摩（Michael S. Gilmore）博士共同领导的一个研究小组描述了他们发现的 18种从未见过的肠球菌类型细菌，这些细菌含有数百个新基因这些发现可能会为抗生素耐药性提供新的线索，因为科学家们正在寻找遏制这些感染的方法。肠球菌是导致耐多药感染的主要原因，尤其是在手术后和住院患者中。这种感染可导致死亡，每年增加的医疗成本超过 300 亿美元。抗生素的重要性"在过去的 75 年中，抗生素挽救了数亿人的生命，并为各类手术的成功做出了巨大贡献，"身兼哈佛医学院传染病研究所所长的吉尔摩说。"然而，在过去的 30 年里，许多最棘手的细菌对抗生素的耐药性越来越强，现在已经达到了危机的程度。我们的发现可能会加深人们对耐药基因如何传播到医院细菌并威胁人类健康的理解"。青霉素等抗生素是在 20 世纪 20 年代被发现的，它们是由土壤中的微生物自然产生的化合物。吉尔摩指出，产生抗生素的微生物在森林地面的腐烂树叶和植物物质中繁衍生息，并赋予森林土壤以气味。昆虫在抗生素耐药性中的作用吉尔摩和布罗德细菌基因组学组主任阿什莉-厄尔（Ashlee Earl）博士组建了一支国际科学家团队，其中包括精英冒险家，在全球偏远角落寻找可能含有肠球菌的粪便、土壤和其他样本。他们收集的标本种类繁多，包括在亚南极水域迁徙的企鹅、乌干达的杜鹃和大象；从巴西到美国的昆虫、双壳类动物、海龟和野生火鸡；蒙古的红隼和秃鹫；澳大利亚的沙袋鼠、天鹅和袋熊；以及欧洲的动物园动物和野生鸟类。研究小组之前的收集工作发现了新类别的细菌毒素，并表明肠球菌大约产生于 4.25 亿年前，当时第一批动物千足虫和蠕虫的祖先出现在陆地上。在四条腿的动物上岸之前，它们可能统治了地球大约 5000 万年。探险科学家史蒂维-安娜-普卢默（Stevie Anna Plummer）与 2016 年尼泊尔探险期间采集的粪便和水样，为全球微生物研究收集样本。图片来源：探险科学家（摄影：保罗-阿莫斯）研究人员最近的采集工作将肠球菌菌株的属种多样性扩大了 25% 以上，同时还发现了更多线索，揭示出昆虫和其他无脊椎动物可能是迄今为止肠球菌细菌（包括天然抗生素耐药菌种）的最大天然来源。厄尔说："直到最近，我们对肠球菌遗传学的大部分了解都来自那些让我们生病的肠球菌，这是一个问题就像试图了解黑暗却从未见过光明一样。在公民科学家的帮助下，将我们的视野扩展到医院以外的地方，为我们提供了所需的对比，以确定它们是如何让医院里的人生病的，同时也为公众提供了共同拥有解决方案的机会"。吉尔摩认为，昆虫一直在吃腐烂的植物材料，在此过程中自然会给自己摄入一定剂量的抗生素。他假设，数亿年来，这些昆虫肠道中的细菌（如肠球菌）一直接触这些抗生素，并产生了抗药性。20 世纪 40 年代和 50 年代，当人类首次开始服用抗生素时，抗药性已经存在于环境中，并进入了导致人类感染的细菌中。COVID-19大流行揭示了自然界蕴藏着许多人类面临的传染风险。这项研究表明，自然界中的昆虫及其近亲是一个巨大的、未定性的微生物基因库，这些未被发现的微生物基因与那些导致一些抗生素耐药性最强的感染的微生物基因密切相关。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员发现珊瑚中抵御气候变化的微生物卫士

研究人员发现珊瑚中抵御气候变化的微生物卫士 他们发现，珊瑚微生物组（生活在珊瑚中的多种微生物）中某些原生生物的丰度可以让科学家了解珊瑚是否能在热应力下存活下来。这些发现对全球珊瑚具有重要意义，因为它们面临着更频繁的海洋变暖事件，尤其是那些没有动物贝壳的珊瑚。资料来源：迈阿密大学罗森斯蒂尔海洋、大气和地球科学学院该研究的资深作者哈维尔-德尔坎波（Javier del Campo），罗森斯蒂尔学院（Rosenstiel School）的兼职助理教授，也是西班牙国家研究委员会（CSIC）和庞培法布拉大学（UPF）联合中心IBE的首席研究员介绍说："由于气候变化，珊瑚面临越来越多的热应激事件，更好地了解可能影响生存能力的所有微生物，可以为保护工作者提供信息，让他们知道应该优先对哪些珊瑚进行干预。"为了开展这项研究，国际研究小组从地中海各地收集了珊瑚样本，分析它们的微生物组，并进行了热应力实验。他们对两种 rRNA 进行了扩增和测序，以观察一种软珊瑚紫罗兰色海鞭（Paramuricea clavata），一种微生物群中的细菌和原生生物，然后在实验室中对它们进行自然热应力实验，以检测死亡迹象。紫罗兰色海鞭（Paramuricea clavata）是地中海温带珊瑚礁的重要组成部分，目前正受到与全球变暖有关的大规模死亡事件的威胁。图片来源：Parent GéryParamuricea clavata是地中海温带珊瑚礁的重要建筑师，目前正受到与全球变暖有关的大规模死亡事件的威胁。他们发现，一类名为"Syndiniales"的寄生性单细胞原生动物在热应力下存活的珊瑚中更为常见，而一类与导致人类疟疾的寄生虫密切相关的原生动物"Corallicolids"在热应力下死亡的珊瑚中更为常见。据研究人员称，原生生物或单细胞真核生物在大多数宿主生物中的研究少于细菌，但它们可能对珊瑚宿主的健康产生重大影响。德尔坎波说："微生物组是珊瑚宿主健康的重要组成部分，我们应该研究其中从细菌到原生动物的所有成员。"这项研究最近发表在《环境微生物学》杂志上。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：