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      細(xì)菌如何在甲醇上生存
      
			
      
				2019-05-31 14:40:02
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      蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)確定了細(xì)菌使用甲醇作為食物來源所需的所有基因。該結(jié)果將有助于科學(xué)家在生物技術(shù)領(lǐng)域推進(jìn)該資源的使用。
      

      細(xì)菌如何在甲醇上生存
      

      許多化學(xué)家目前正在研究如何利用甲烷和甲醇這樣的小碳分子來產(chǎn)生更大的分子。地球天然富含甲烷，人工過程如生物氣體中的生物質(zhì)發(fā)酵也會產(chǎn)生大量的甲烷。甲烷可以由甲烷產(chǎn)生。兩者都是僅含有單個碳原子的簡單分子。然而，使用它們來生產(chǎn)具有幾個碳原子的較大分子是復(fù)雜的。
      

      雖然化學(xué)家面臨挑戰(zhàn)，但很久以前就已經(jīng)學(xué)會用細(xì)菌來制造大分子：一些細(xì)菌使用甲醇作為碳源，以制造能量載體和細(xì)胞建筑材料。它們主要生長在植物葉子上，并且在每片葉子上大量生長。最廣泛研究的細(xì)菌稱為脫氧核糖核酸桿菌(Methylobacterium extorquens)。由微生物學(xué)教授Julia Vorholt領(lǐng)導(dǎo)的研究小組現(xiàn)已確定該細(xì)菌所需的所有基因均以甲醇為生。
      

      細(xì)菌利用植物廢物
      

      “植物葉子是甲醇的天然來源，甲醇在植物細(xì)胞壁生物合成過程中作為廢物產(chǎn)生，”Vorholt解釋道。就像混合動力汽車可以用汽油或電力作為燃料一樣，根據(jù)可用性，甲基桿菌可以使用較大的碳分子(如羧酸)或植物中的甲醇作為營養(yǎng)素。“當(dāng)使用甲醇時，細(xì)菌會使用這種小分子構(gòu)建它們所需的所有復(fù)雜化合物。這是一項非凡的成就，”Vorholt說。
      

      正如科學(xué)家們現(xiàn)在能夠證明的那樣，甲基桿菌屬的脫氧核糖核酸有近150個基因，它們需要特異性地在甲醇上生長。其中95人以前不知道。
      

      為了找到這些基因，Vorholt的小組與實驗系統(tǒng)生物學(xué)教授Beat Christen小組合作，創(chuàng)造了大約一百萬個細(xì)菌突變體。將它們一方面置于含甲醇的培養(yǎng)基中，另一方面置于含有琥珀酸的正常營養(yǎng)培養(yǎng)基中。研究人員正在尋找在通常培養(yǎng)基中正常生長的突變體，但是當(dāng)用僅含有甲醇的培養(yǎng)基喂養(yǎng)時，它們很差或根本沒有。這使科學(xué)家們能夠確定何時使用甲醇所需的特定基因已被破壞。
      

      “這種方法使我們能夠確定細(xì)菌中是否需要任何基因用于甲醇生長。這最終使我們能夠識別所有必需的基因，”Vorholt小組的博士生Andrea Ochsner解釋說，第一作者該研究發(fā)表在Current Biology期刊上。
      

      信號切換到甲醇模式
      

      研究人員對使用這種方法檢測到的基因之一感到特別驚訝。該基因以前是從空氣中代謝二氧化碳的植物和細(xì)菌中獲知的，但是脫氧核糖核酸不能做到這一點。該基因提供了產(chǎn)生對CO2使用至關(guān)重要的糖的酶的說明。
      

      研究人員現(xiàn)在可以證明，脫氧核糖核酸桿菌在遇到甲醇時也能產(chǎn)生這種糖。然而，與植物相比，細(xì)菌不使用這種糖作為細(xì)胞建筑材料。相反，科學(xué)家認(rèn)為它被用作信號，以便轉(zhuǎn)向甲醇消費。
      

      在揭示這一特定基因的重要性之后，科學(xué)家們現(xiàn)在想進(jìn)一步研究其他新發(fā)現(xiàn)的基因。
      

      微生物的新能力
      

      研究脫氧核糖核酸桿菌的遺傳學(xué)對生物技術(shù)也很有價值。該細(xì)菌已經(jīng)在研究實驗室中用于生產(chǎn)復(fù)雜分子。新的結(jié)果可以幫助科學(xué)家操縱細(xì)菌，以便更大量地產(chǎn)生所需的分子。
      

      由于現(xiàn)在已經(jīng)確定了與基于甲醇的生長相關(guān)的所有基因，因此也可以將這些基因引入其他微生物中，從而允許它們使用甲醇 - 從而在將來為該資源實現(xiàn)各種生物技術(shù)應(yīng)用。
      
			

			
        
      
			
      
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