遗传工具探测微生物暗物质

科学家们阐明了生活在较大细菌表面的微小细菌的不寻常生活方式所需的微生物基因。帕特西细菌是一群令人费解的微小微生物，其生存方式一直难以理解。科学家只能培养几种类型的细菌，但这些细菌是在许多环境中发现的多样化群体。

研究人员可以在实验室中培养的少数类型的巴氏杆菌驻留在另一种更大的宿主微生物的细胞表面上。

帕特西细菌通常缺乏制造生命必需的许多分子所需的基因，例如构成蛋白质的氨基酸、形成细胞膜的脂肪酸以及DNA中的核苷酸。这使得研究人员推测许多细菌依赖其他细菌生长。

在《细胞》杂志上发表的一项研究中，研究人员首次展示了不寻常的Patescibacteria生活方式背后的分子机制。这一突破是通过发现一种基因操纵这些细菌的方法而实现的，这一进步开辟了一个可能的新研究方向的世界。

该研究所的NitinS.Baliga说：“虽然宏基因组学可以告诉我们哪些微生物生活在我们的身体上和体内，但仅靠DNA序列并不能让我们深入了解它们的有益或有害活动，特别是对于以前从未被表征过的生物体。”西雅图的系统生物学博士，为这项研究贡献了许多计算和系统分析。

“从基因上扰乱Patescibacteria的能力开启了应用强大的系统分析镜头来快速表征专性表生物的独特生物学特征的可能性，”他补充道，生物体必须依靠另一种生物体才能生存。

这项研究背后的团队由华盛顿大学医学院微生物学系和霍华德休斯医学研究所JosephMougous实验室领导，他们对Patescibacteria感兴趣有几个原因。

它们是许多人们知之甚少的细菌之一，它们的DNA序列出现在对来自环境来源的物种丰富的微生物群落中发现的基因组的大规模遗传分析中。这种遗传物质被称为“微生物暗物质”，因为人们对其编码的功能知之甚少。

根据《细胞》论文，微生物暗物质可能包含有关具有潜在生物技术应用的生化途径的信息。它还提供了支持微生物生态系统的分子活动以及该系统中聚集的各种微生物物种的细胞生物学的线索。

在这项最新的微生物研究中分析的Patescibacteria属于糖细菌。它们生活在各种陆地和水环境中，但以栖息在人类口腔中而闻名。自中石器时代以来，它们一直是人类口腔微生物组的一部分，并与人类口腔健康有关。

在人类口腔中，糖杆菌需要放线菌作为它们的宿主。为了更好地了解糖杆菌与宿主建立联系的机制，研究人员利用基因操作来识别糖杆菌生长所必需的所有基因。

微生物学教授穆古斯说：“我们非常高兴能够初步了解这些细菌所具有的不寻常基因的功能。”“通过将我们未来的研究重点放在这些基因上，我们希望揭开糖杆菌如何利用宿主细菌生长的谜团。”

研究中发现的可能的宿主相互作用因素包括可能有助于糖杆菌附着于宿主细胞的细胞表面结构，以及可能用于运输营养物质的专门分泌系统。

作者工作的另一个应用是产生表达荧光蛋白的糖杆菌细胞。利用这些细胞，研究人员对与宿主细菌一起生长的糖细菌进行了延时显微荧光成像。

Mougous实验室的高级科学家S.BrookPeterson指出：“糖细菌宿主细胞培养物的延时成像揭示了这些不寻常细菌的生命周期令人惊讶的复杂性。”

研究人员报告说，一些糖细菌作为母细胞，粘附在宿主细胞上并反复出芽，产生小型、集群的后代。这些小家伙继续寻找新的宿主细胞。一些后代反过来变成了母细胞，而另一些则似乎与宿主没有产生任何相互作用。

研究人员认为，额外的基因操纵研究将为更广泛地了解他们所描述的“这些生物体所含有的丰富的微生物暗物质储备”的作用打开大门，并有可能揭示尚未想象到的生物机制。

这项跨学科的合作研究是由Mougous领导的新成立的微生物相互作用和微生物组中心(缩写为mim_c)推动的。

mim_c的使命是降低微生物组研究的障碍，并通过跨学科的志同道合的研究人员的联系来推进合作。在这里，mim_c是与华盛顿大学牙科学院牙周病学系口腔微生物组专家JeffreyMcLean一起加入Mougous实验室的催化剂。

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