微生物|噬硫菌可能是制造塑料中常见成分的关键
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渍水土壤中的微生物会产生高水平乙烯 ， 这对作物和牧草有不良影响 。
【微生物|噬硫菌可能是制造塑料中常见成分的关键】
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研究人员使用专门的质谱技术表征了微生物系统的蛋白质组 。
《科学》杂志8月28日报道 ， 美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）和俄亥俄州立大学（OSU）的科学家们发现了一种新的产生乙烯的微生物途径 ， 有望为生物制造塑料、冷却剂和日用品提供原料 。
研究人员在文中揭示了无氧或缺氧土壤中微生物产生乙烯的方式 ， 以及保护作物免受高水平乙烯伤害的途径 。 此外 ， 该研究还概述了一种未知的细菌产生甲烷的方式 。
研究人员表示 ， 乙烯和甲烷是细菌制造蛋氨酸时产生的副产物 。 当细菌处于厌氧、低硫环境中时 ， 它们将被迫消耗细胞废产物中的硫 ， 触发这个新的微生物途径 。
OSU研究人员Justin North说：“十年来 ， 科学家一直在研究生物在含氧环境中以不同机制制造乙烯的过程 。 扩大这个过程存在明显的技术障碍 ， 因为乙烯和氧气在工业规模下混合很容易爆炸 。 新发现的厌氧途径跨越了这一障碍 ， 但还有很多规模化研究工作需要完成 。 ”
新研究始于OSU研究人员Robert Tabita领导的光合细菌固碳和氮硫代谢研究 。 作为Tabita团队的一员 ， North决定测定深红螺菌和其他同类微生物在急需硫时所消耗、排放的气体 。 他惊讶地发现了乙烯的存在 。 North说：“我们知道这些细菌正在制造氢气并消耗二氧化碳 。 然而 ， 它们竟然还在大量制造乙烯 ， 这太奇怪了 。 ”
North等研究了这种新代谢过程 ， 并使用放射性化合物追踪了前体 ， 以及甲硫氨酸和乙烯的产生 。 然而 ， North等还缺乏一种生物分析技术来建立新途径与驱动酶蛋白的关联 。 于是 ， Tabita向ORNL生物质谱组负责人Bob Hettich寻求了帮助 。
Hettich团队开发了一种特殊的质谱技术 ， 以表征微生物系统中的蛋白质组 。 这项技术可以精确测定不同分子的质量和裂解途径 ， 并提供其结构和组成细节 。 Hettich团队从低硫和高硫系统中鉴定出了数千种蛋白质 ， 并分析了它们的相对丰度 。
Hettich说：“我们发现了显著的差异 。 在低硫、产乙烯的样品系统中 ， 某种类固氮酶蛋白质的含量要高出近50倍 。 当硫被消耗后 ， 部分与铁和硫相关的蛋白质也大量增加了 。 ”
固氮酶可以将大气中的氮转化为氨 ， 是重要的地球化学过程 。 然而 ， 从命名来看 ， 这些类固氮酶并不是在预测的硫代谢中起作用的蛋白质 。
Hettich说：“有时候 ， 基因、基因家族的命名或注释会引起误解 。 命名暗示了它的主要功能 ， 但实际上 ， 这种基因可能还有次要的功能 。 这时 ， 我们就需要使用数据来揭示真正的联系 。 ”
有了关键的蛋白质组数据 ， 研究人员通过操纵细菌基因组 ， 调控了基因簇Rru_A0793-Rru_A0796 。 他们发现 ， 调控基因可以开关乙烯的产生 ， 这证实了基因与其编码产生的酶对新代谢途径的关键作用 。
North说：“新代谢途径将引领新的研究方向 ， 它可能对农业研究有益 。 ”
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：alone
责编：Max
期刊来源：《科学》
期刊编号：0036-8075
原文链接：
https://phys.org/news/2020-08-sulfur-scavenging-bacteria-key-common-component.html
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