The ISME Journal | 微生物氧化大气中的一氧化碳是维持其生存的普遍方式
推荐：江舜尧
编译：陈佩佩
编辑：十九
澳大利亚蒙纳士大学生物科学学院Chris Greening教授等人于2019年7月29日在环境科学与生态学顶级期刊The ISME Journal在线发表题为《Atmospheric carbon monoxide oxidation is a widespread mechanism supporting microbial survival》的研究成果，该研究提出了一种新的以生存为目的的好氧微生物氧化CO的演化模型，并得出了大气中CO与大气中H2一样，是支持好氧异养细菌在有机碳源缺乏时或多变的环境中持续生存的主要能源的结论。
文章摘要
研究背景：好氧CO氧化微生物分为carboxydotrophs和carboxydovores两大类。已有充分研究表明：当存在高浓度CO时，carboxydotrophs类微生物依靠I型CO脱氢酶的作用能够以CO作为唯一能量和碳源自养生长。然而，对于CO氧化在carboxydovores类微生物中的生理作用仍不清楚。作者从大气中的H2氧化提高微生物存活率的研究中获得灵感，提出：消耗大气中的CO使得carboxydovores类微生物能够在碳限制条件下生存的科学假说。
方法：本文以carboxydovores类下的耻垢分枝杆菌(Mycobacterium smegmatis)为研究对象，通过蛋白组学、遗传学和生物化学的分析证实科学假说并得出结论。
结果：（1）蛋白质组学分析发现，耻垢分枝杆菌在有机碳源缺乏的情况下，其I型CO脱氢酶的合成显著增加，CO氧化能力增强。（2）通过全细胞生化试验、气相色谱测量和氧电极实验证实耻垢分枝杆菌在大气CO浓度下能够氧化CO并支持其有氧呼吸。（3）接着通过蛋白质组学、基因组学和遗传学等一系列实验证实了CO对于耻垢分枝杆菌的生长是可有可无的，但是在有机碳源缺乏的情况下却能提高其存活率。（4）最后，研究者收集基因组、宏基因组和宏转录组数据集，并构建系统发育树发现，能够编码I型CO脱氢酶(CoxL)亚基的微生物，横跨了约685种、196属、49目和25类细菌和古菌，由此充分表明由广泛的细菌和古菌介导的氧化大气中的CO对于维持其细菌自身在有机碳源缺乏时生存有重要的意义。
结论：本文提出了一个新的以生存为目的的CO脱氢酶演化模型，并证实了：与大气中的H2一样，大气中的 CO是一种高能量、可扩散且普遍存在的微量气体，是维持细菌持续生存所需的可靠能源的结论。推动了微生物如何利用氧化CO作为能量来源维持自身生存的研究进展。
文章中重要图片说明
图1 | 耻垢分枝杆菌在限制碳源培养和充足碳源培养下的蛋白质组比较
图2 | 野生型和ΔcoxL突变型耻垢分枝杆菌CO脱氢酶活性比较
图3 | CO脱氢酶在耻垢分枝杆菌生长和存活过程中的表达和重要性
图4 | CO脱氢酶在基因组、宏基因组和宏转录组中的分布
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