深海噴口中的細(xì)菌如何處理有毒金屬環(huán)境

 人參與 | 時(shí)間：2025-11-25 11:03:35
深海噴口中的深海屬環(huán)細(xì)菌如何處理有毒金屬環(huán)境
來(lái)自深海熱液噴口的活躍煙囪，位于沖繩海槽，噴口堺油田（Noho站點(diǎn)）。細(xì)菌鄭州包養(yǎng)外圍上門(mén)外圍女上門(mén)外圍上門(mén)外圍女（微信199-7144-9724）提供1-2線熱門(mén)城市快速安排30分鐘到達(dá)圖片來(lái)源：全球海洋環(huán)境信息中心 （GODAC）
（神秘的何處地球uux.cn）據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)（作者：Dani Ellenby，沖繩科學(xué)技術(shù)研究所）：在想象深海時(shí)，毒金我們經(jīng)常會(huì)想到一片寒冷、深海屬環(huán)黑暗、噴口空曠的細(xì)菌荒原，稀疏的何處深海生物。但在海床的毒金裂縫中，被地球巖漿過(guò)熱并富含地殼礦物質(zhì)的深海屬環(huán)鄭州包養(yǎng)外圍上門(mén)外圍女上門(mén)外圍上門(mén)外圍女（微信199-7144-9724）提供1-2線熱門(mén)城市快速安排30分鐘到達(dá)海水向上涌出，形成熱液噴口，噴口作為多樣化和獨(dú)特海洋生態(tài)系統(tǒng)的細(xì)菌綠洲。
為地球上大多數(shù)生命提供動(dòng)力的何處陽(yáng)光無(wú)法穿透這些廣闊的深處。相反，毒金這里的生物，如管蟲(chóng)、螃蟹和貽貝，都依賴細(xì)菌，細(xì)菌可以從噴口釋放的化合物中捕獲化學(xué)能。
現(xiàn)在，沖繩科學(xué)技術(shù)研究所（OIST）的一組研究人員與日本海洋地球科學(xué)技術(shù)機(jī)構(gòu)（JAMSTEC）合作，確定了細(xì)菌如何適應(yīng)熱液噴口釋放的有毒金屬。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《環(huán)境微生物學(xué)》雜志上。
“熱液噴口可能是地球上發(fā)現(xiàn)的最極端的環(huán)境，高壓，高溫，沒(méi)有氧氣和豐富的有毒金屬，”海洋生物物理學(xué)部門(mén)的前博士后研究員Angela Ares博士（Satoshi Mitarai教授）說(shuō)。“細(xì)菌是神奇的生物，并且已經(jīng)設(shè)法適應(yīng)了這種具有挑戰(zhàn)性的條件。了解他們?nèi)绾纬晒赡軙?huì)導(dǎo)致真正重要的應(yīng)用，例如清理泄漏到環(huán)境中的有毒金屬的新解決方案。
在這項(xiàng)研究中，Ares博士和她的同事專(zhuān)注于Nitratirutorsp.SB155-2的金屬耐受策略。這種細(xì)菌是從沖繩海槽的噴口中分離出來(lái)的，并由JAMSTEC培養(yǎng)并提供給OIST。
深海噴口中的細(xì)菌如何處理有毒金屬環(huán)境
暴露于鎘的細(xì)菌（右）比未暴露于鎘的細(xì)菌（左）更容易形成鞭毛。信用：OIST
總的來(lái)說(shuō)，細(xì)菌處理有毒金屬有三種主要方式。一種方法是連續(xù)地將細(xì)胞內(nèi)的金屬離子泵回周?chē)h(huán)境。另一種策略是將有毒金屬隔離成細(xì)胞內(nèi)的顆粒，這樣它們就不會(huì)干擾細(xì)菌的代謝反應(yīng)。最后，細(xì)菌可以制造和釋放酶，使金屬結(jié)晶或沉淀成細(xì)胞外的無(wú)毒化合物。
研究人員尋找細(xì)菌策略的異同，以應(yīng)對(duì)這些噴口中常見(jiàn)的兩種不同金屬鎘和銅。
“這兩種金屬即使在低濃度下也是有毒的，但有一個(gè)關(guān)鍵的區(qū)別 - 細(xì)菌需要微量的銅，而鎘沒(méi)有已知的生物學(xué)功能，”Ares博士解釋說(shuō)。“我們預(yù)計(jì)細(xì)菌因此可能對(duì)銅具有比鎘更復(fù)雜的反應(yīng)，因此銅濃度可以得到密切調(diào)節(jié)。
研究人員首先確定了細(xì)菌在停止生長(zhǎng)之前可以耐受的每種金屬的最高濃度。然后，研究小組將用這些水平的有毒金屬培養(yǎng)的細(xì)菌與沒(méi)有有毒金屬培養(yǎng)的細(xì)菌進(jìn)行了比較，以了解哪些基因或多或少具有活性，哪些蛋白質(zhì)或多或少豐富。
研究人員發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌使用轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白作為一般的非特異性策略，將鎘和銅從細(xì)胞中泵出。然而，細(xì)菌對(duì)這兩種金屬的反應(yīng)也存在明顯差異。
深海噴口中的細(xì)菌如何處理有毒金屬環(huán)境
深海熱液噴口細(xì)菌具有含鎘顆粒（光斑），當(dāng)暴露于高濃度的有毒金屬鎘時(shí)，這些顆粒會(huì)變得更大、更豐富。信用：OIST
“對(duì)于銅，我們發(fā)現(xiàn)涉及與運(yùn)輸泵相關(guān)的基因數(shù)量要多得多，以及其他與壓力相關(guān)的途徑所涉及的基因。這表明對(duì)銅的反應(yīng)確實(shí)更加復(fù)雜，可以微調(diào)銅濃度，“Ares博士說(shuō)。
另一方面，細(xì)菌也使用銅未見(jiàn)的方法對(duì)鎘做出反應(yīng)。最令人驚訝的反應(yīng)之一是參與鞭毛形成和趨化性（響應(yīng)化學(xué)線索的運(yùn)動(dòng)）的基因活性增加。
“測(cè)量基因表達(dá)是一回事，但眼見(jiàn)為實(shí)，所以我們使用掃描電子顯微鏡檢查了細(xì)菌，”Ares博士說(shuō)。“令人驚訝的是，暴露于鎘的細(xì)菌確實(shí)比我們的非應(yīng)激細(xì)菌更容易有鞭毛。
鞭毛有助于推動(dòng)細(xì)菌四處走動(dòng)，因此一種可能的解釋是，當(dāng)鎘含量過(guò)高時(shí)，應(yīng)激細(xì)菌會(huì)試圖移動(dòng)到更有利的環(huán)境中。趨化性在這里也發(fā)揮作用，因?yàn)榧?xì)菌遠(yuǎn)離或走向特定的化學(xué)線索以找到更好的生長(zhǎng)條件，而不僅僅是隨機(jī)移動(dòng)。
OIST最先進(jìn)的電子顯微鏡還使該團(tuán)隊(duì)能夠檢測(cè)細(xì)菌細(xì)胞壁外部沉淀物硫酸鎘的積聚。研究人員還發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌內(nèi)的顆粒也含有鎘，變得更大更豐富。
“看到細(xì)菌使用這些方法來(lái)解毒鎘真的很令人興奮，因?yàn)樗鼮榭茖W(xué)家提供了一條新的途徑來(lái)探索在不依賴碳密集型方法的情況下清理重金屬，”Ares博士說(shuō)。 頂: 5379踩: 34224