| Patescibacteria是一種神秘的微小微生物，它們的生存方式難以捉摸。雖然科學(xué)家只能培養(yǎng)出其中的一小部分，但它們是在許多環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的多樣化家族的一部分。
研究人員可以在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的幾種Patescibacteria寄生在另一種更大的宿主微生物的細(xì)胞表面。一般來(lái)說(shuō)，Patescibacteria缺乏制造生命所必需的許多分子所需的基因，比如構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸、形成膜的脂肪酸和DNA中的核苷酸。這使得研究人員推測(cè)，許多細(xì)菌依賴其他細(xì)菌生長(zhǎng)。在最近發(fā)表在《Cell》雜志上的一項(xiàng)研究中，研究人員首次揭示了不尋常的Patescibacteria生活方式背后的分子機(jī)制。這一突破之所以成為可能，是因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了一種從基因上操縱這些細(xì)菌的方法，這一進(jìn)步開辟了一個(gè)可能的新研究方向的世界。
研究小組對(duì)Patescibacteria感興趣有幾個(gè)原因。它們是許多鮮為人知的細(xì)菌之一，它們的DNA序列在對(duì)來(lái)自環(huán)境來(lái)源的物種豐富的微生物群落的基因組進(jìn)行大規(guī)模遺傳分析時(shí)突然出現(xiàn)。這種遺傳物質(zhì)被稱為“微生物暗物質(zhì)”，因?yàn)槿藗儗?duì)它編碼的功能知之甚少。
根據(jù)《Cell》雜志的論文，微生物暗物質(zhì)可能包含有潛在生物技術(shù)應(yīng)用的生化途徑信息。它還提供了支持微生物生態(tài)系統(tǒng)的分子活動(dòng)的線索，以及聚集在該系統(tǒng)中的各種微生物物種的細(xì)胞生物學(xué)。這項(xiàng)最新研究分析的Patescibacteria屬于Saccharibacteria。它們生活在各種陸地和水環(huán)境中，但最出名的是棲息在人類的嘴里。至少?gòu)闹惺鲿r(shí)代開始，它們就已經(jīng)是人類口腔微生物群的一部分，并與人類口腔健康有關(guān)。
在人類的口腔中，Saccharibacteria需要Actinobacteria的陪伴，Actinobacteria是它們的宿主。為了更好地理解Saccharibacteria與其宿主聯(lián)系的機(jī)制，研究人員使用遺傳操作來(lái)識(shí)別Saccharibacteria生長(zhǎng)所必需的所有基因。
研究中發(fā)現(xiàn)的可能的宿主相互作用因素包括細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)，這可能有助于Patescibacteria附著在宿主細(xì)胞上，以及可能用于運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的特殊分泌系統(tǒng)。作者工作的另一個(gè)應(yīng)用是產(chǎn)生表達(dá)熒光蛋白的Patescibacteria細(xì)胞。利用這些細(xì)胞，研究人員對(duì)與宿主細(xì)菌一起生長(zhǎng)的Patescibacteria進(jìn)行了延時(shí)顯微熒光成像。研究人員報(bào)告說(shuō)，一些Patescibacteria通過(guò)附著在宿主細(xì)胞上，反復(fù)出芽，產(chǎn)生小的蜂群后代，從而充當(dāng)母細(xì)胞。這些小細(xì)胞繼續(xù)尋找新的宿主細(xì)胞。一些后代，反過(guò)來(lái)，成為母細(xì)胞，而其他的似乎與宿主無(wú)效地相互作用。研究人員認(rèn)為，額外的基因操作研究將為更廣泛地理解他們所描述的“這些生物體所包含的豐富的微生物暗物質(zhì)儲(chǔ)備”的作用打開大門，并有可能揭示尚未想象到的生物機(jī)制。
西雅圖系統(tǒng)生物學(xué)研究所(Institute for System Biology)的Nitin S. Baliga說(shuō):“雖然宏基因組學(xué)可以告訴我們哪些微生物生活在我們的身體上和體內(nèi)，但單靠DNA序列并不能讓我們了解它們的有益或有害活動(dòng)，尤其是對(duì)那些以前從未被描述過(guò)的有機(jī)體。該研究所為這項(xiàng)研究提供了許多計(jì)算和系統(tǒng)分析。對(duì)Patescibacteria進(jìn)行基因干擾的能力，為應(yīng)用強(qiáng)大的系統(tǒng)分析鏡頭，快速表征專性表觀生物的獨(dú)特生物學(xué)特性提供了可能性。”
他指的是必須生活在另一個(gè)生物體上才能生存的生物體。
微生物學(xué)教授Mougous說(shuō):“我們對(duì)這些細(xì)菌攜帶的不尋常基因的功能有了初步的了解，我們非常興奮。通過(guò)將我們未來(lái)的研究重點(diǎn)放在這些基因上，我們希望揭開Patescibacteria如何利用宿主細(xì)菌生長(zhǎng)的謎團(tuán)。”
Mougous實(shí)驗(yàn)室的資深科學(xué)家S. Brook Peterson指出:“Patescibacteria宿主細(xì)胞培養(yǎng)的延時(shí)成像揭示了這些不尋常細(xì)菌生命周期的驚人復(fù)雜性。”
參考文獻(xiàn):Genetic manipulation of Patescibacteria provides mechanistic insights into microbial dark matter and the epibiotic lifestyle” by Yaxi Wang, Larry A. Gallagher, Pia A. Andrade, Andi Liu, Ian R. Humphreys, Serdar Turkarslan, Kevin J. Cutler, Mario L. Arrieta-Ortiz, Yaqiao Li, Matthew C. Radey, Jeffrey S. McLean, Qian Cong, David Baker, Nitin S. Baliga, S. Brook Peterson and Joseph D. Mougous, 7 September 2023, Cell.
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