呼吸醌的多樣性如何影響微生物生理由加州大學-圣地亞哥

一項新的研究提供了對稱為呼吸醌的小分子的多樣性及其對細菌物種的適應性影響的基本理解。加利福尼亞大學圣地亞哥分校的生物工程師專門研究了有氧環(huán)境中生長的細菌中存在的不同類型的醌如何影響呼吸。

該團隊由加州大學圣地亞哥分校加萊蒂生物工程教授Bernhard Palsson和Palsson實驗室的博士后研究員Amitesh Anand領導，于11月25日在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

的方法，呼吸是依賴于不同類型的稱為呼吸醌膜定位，氧化還原活性小分子。一種類型的泛醌，以現(xiàn)代生命形式用于有氧呼吸。從歷史上看，它的出現(xiàn)與地球上氧氣的出現(xiàn)重疊。萘醌是另一種類型，主要用于古代生物(存在于大約25億年前，地球上幾乎沒有氧氣或沒有氧氣)用于厭氧呼吸。

醌的這種多樣化與地球環(huán)境的氧化作用重疊，因此被認為是對氧氣水平上升的適應性反應。然而，大量細菌的種類仍然呼吸作用有氧使用古老的呼吸道醌，萘醌。

大腸桿菌和其他幾種細菌獲得了產(chǎn)生泛醌的能力，同時保留了制造萘醌的途徑。有趣的是，這些細菌使用泛醌進行有氧呼吸，使用萘醌進行厭氧呼吸。不含泛醌的細菌物種，例如金黃色葡萄球菌和結核分枝桿菌，可以使用萘醌有效地進行需氧呼吸。

為了研究有氧萘酚在細菌中的代謝局限性，并且能夠產(chǎn)生兩種類型的呼吸醌，研究人員設計了一種缺乏泛醌的大腸桿菌，迫使其使用古老的呼吸醌進行有氧呼吸。然后，他們對該菌株進行了適應性實驗室進化，以了解在有氧環(huán)境中使用古醌時細菌物種面臨的代謝挑戰(zhàn)。目的是在地球大氣中氧氣迅速上升的過程中重新創(chuàng)造條件，這一事件通常被稱為“大氧氣事件”。

在大腸桿菌中觀察到發(fā)展到呼吸作用需氧使用萘醌菌株以激活是在周質空間減輕氧化應激的主要負責細胞防御系統(tǒng)的一個子集。萘醌的相對較低的氧化還原電位使其在呼吸中的電子轉移鏈運行過程中更容易產(chǎn)生非生產(chǎn)性的電子泄漏，這可能導致反應性自由基的產(chǎn)生并損害細胞。

通過激活防御機制，細菌可以更安全地操作電子傳輸鏈，并顯示出氧氣消耗的改善。但是，這種防御機制的激活要求細菌重新分配有限的細胞資源。這限制了進化菌株的生長能力。研究人員假設，這種所謂的“恐懼貪婪”權衡導致了更高氧化還原電位醌的出現(xiàn)。

研究人員說，了解這種擔心的權衡取舍，不僅可以增進對微生物生物能學進化的基本了解，而且可以促進調節(jié)細菌的生長和存活，特別是可以利用萘醌有氧呼吸的多種致病細菌。

鄭重聲明：本文版權歸原作者所有，轉載文章僅為傳播更多信息之目的，如有侵權行為，請第一時間聯(lián)系我們修改或刪除，多謝。

推薦內容