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《合成微生物群落实现即时“通讯”》

  • 来源专题：生物科技领域知识集成服务
  • 编译者： 陈方
  • 发布时间：2020-04-08

  • 2019年10月14日《自然-化学生物学》报道，美国莱斯大学的合成生物学家设计了一套转录回路，把这些转录回路添加到单细胞微生物基因组，就能让这些微生物迅速形成一个局部相互作用的网络，并产生集体行动，即使在大型群落中也能实现即时“通讯”。这项研究有利于创造能够管理肠道微生物组的工程微生物，或者能够进行生物通讯和信息交流的工程微生物。
    合成微生物群比合成单个微生物更具优势，因为它们可以在菌株间分配生化物质和调节任务。然而，由于化学信号分子传递受到扩散限制，因此很难在扩展空间的联合群体中协调基因的表达。该研究证明通过特定的转录回路，即使基因表达的空间范围远大于信号分子的扩散距离，也可以实现基因表达的时空协调。
    研究者首先分析了在小菌落中产生相干振荡（产生显著相互干涉）的双菌种合成微生物群落的动力学。而在大的群落中，研究者发现整个种群的时间协调振荡依赖于一个内在的正反馈回路的存在，它可以放大和传播细胞间的信号。通过模拟细胞内的正反馈回路，合成的多细胞系统就可以实现协调的基因表达。
    这个研究具有重要意义，因为随着合成生物学家向更大的多细胞系统工程迈进，必须在控制单个细胞内发生的事情的同时，也能够协调整个种群在空间和时间内发生的事情。

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    • 日本海洋科学与技术研究所(JAMSTEC)的AsahikoTaira发现，由地幔岩石蛇纹石化而产生的高碱性泉水中存在不同寻常的微生物群落基因组。 2011年和2012年，研究人员于加州北部的Cedars采集样本，此地的蛇纹岩化十分活跃，水与橄榄岩等超富地幔岩石发生反应，生成一套新的矿物，包括蛇纹石、超碱性流体、甲烷等，与此同时排出pH11或以上的高碱性液体。这种环境可能在地球早期很常见，因此，蛇纹石化环境被认为是早期微生物生存的条件。 根据对样本微生物的基因组分析，科学家在恶劣地质条件的泉水中发现了微生物的基因中有史以来最小的基因组。此外，尽管深水食源泉中的微生物群落主要由细菌主导，但宏基因组和基因组草图数据并没有包含细菌类型的ATPase基因；它们要么是有一种古细菌的ATPase，或者根本就没有可识别的ATP酶。这么一组古老而高度保守的酶是一种不同寻常的分布。这一现象不是由于pH的原因，因为在Cedars附近浅海海水区域存在一个嗜碱菌群落。 在Cedars的深水中，检测到的微生物在分类学上均被归为Candidate Phyla Radiation (CPR)，这些微生物细胞和基因组尺寸都非常小，且缺乏独立生命所需的许多基因，因此其生存方式仍然未知。然而，根据科学家对基因组复制率的分析，这些细菌在蛇纹石化环境下的地下水中活跃地进行着基因组复制活动。这些细胞聚集在矿物颗粒状结构上，在蛇纹石或橄榄岩矿物中这些结构具有类似的元素成分。 以上发现表明，蛇纹石化可能为揭示深层地表环境中的基因、基因组、微生物和群落的进化以及地球早期生命奥秘提供了重要线索。 研究成果题为：“Unusual metabolic diversity of hyperalkaliphilic microbial communitiesassociated with subterranean serpentinization at The Cedars”，发表在7月21日的《International Societyfor Microbial Ecology》（ISME）期刊上。 （刘思青 编译）
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  • 《北京市妫水河底泥微生物群落结构特征》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2019-11-27
    • 微生物对外界环境变化较为敏感，常被作为指示生物用于监测和反映水质情况。为满足延庆世园会和冬奥会举办对妫水河水质的调控要求，探讨妫水河底泥微生物群落结构特征及环境因子对其分布的影响。基于妫水河12个不同断面的水样和底泥样品，进行了水质、底泥理化性质分析，并对底泥的微生物群落结构特征进行了研究。结果表明，妫水河中、下游水体水质COD、NH4+-N、TN超标，其中上覆水TN含量与底泥TN含量呈极显著正相关（P=0.914）；MiSeq高通量测序发现，妫水河底泥微生物共检出70门228纲1168属，变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、酸杆菌门（Acidobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、厚壁菌门（Firmicutes）、蓝细菌门（Cyanobacteria）、绿菌门（Chlorobi）、疣微菌门（Verrucomicrobia）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）是妫水河底泥微生物群落结构中的主要菌门，在各个样品中相对丰度之和均占84%以上，其中变形菌门为第一优势门，占比达到45.3%-69.1%，而不同断面样品的优势菌属有所不同。妫水河底泥微生物群落丰度总体较高，多样性也相对较高，其中世园段D7点Ace丰富度指数和Shannon多样性指数均较其他点位低，分别为2673和6.56。RDA（redundancy analysis）分析表明，底泥氨氮和温度是影响其微生物群落结构的主要因子（F=2.92，P=0.038；F=2.81，P=0.014），妫水河底泥的优势反硝化菌属为脱氮单孢菌属和硫杆状菌属，其丰度与NH4+-N、水温呈正相关，同时与DO呈负相关。研究结果对妫水河水生态环境保护和水质管理提供数据支撑及理论指导意义。
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