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Science Advances刊發中國海洋大學團隊深海細菌耐壓機制研究新進展

發布時間:2021-03-31 來源:中國海洋大學

        2021年3月26日,中國海洋大學海洋生命學院、深海圈層與地球系統前沿科學中心張玉忠教授團隊與山東大學等單位合作,在Science Advances(《科學•進展》,IF=13.116)在線發表題為“Oxidation of trimethylamine to trimethylamine N-oxide facilitates high hydrostatic pressure tolerance in a generalist bacterial lineage”(將三甲胺氧化為氧化三甲胺協助海洋細菌適應高靜水壓)的研究論文。文章發表后,Nature research highlights以“How deep-sea bacteria thrive under pressure”(深海細菌如何在高壓下生存)為題進行了研究亮點報道(https://www.nature.com/articles/d41586-021-00829-y)。張玉忠教授為該研究的通訊作者。

  深海具有高壓、低溫、黑暗等極端環境特性,曾被認為是生命的禁區,但近些年發現深海生存著大量的微生物資源,形成了獨特的深海生態系統。高靜水壓會對微生物造成嚴重損傷,生活在深海的微生物類群必須能夠耐受深海高靜水壓。到目前為止,雖然已經揭示了深海微生物適應高壓環境的一些策略,例如增加細胞膜的流動性,調整細胞代謝途徑等,但是至今沒有發現和鑒定出深海微生物耐壓相關的功能基因和代謝機制。

  本研究以深海細菌Myroides profundi D25為研究對象,發現該菌株能夠利用三甲胺(TMA)轉運載體TmaT吸收深海環境中的TMA,然后在細菌胞內誘導表達三甲胺單加氧酶MpTmm,將TMA氧化為氧化三甲胺(TMAO),并在胞內累積。在深海高壓下,TMAO能夠保護蛋白質等生物大分子維持正常的構象,發揮生物學功能,從而使得D25菌株具有耐受深海高靜水壓的能力,維持生存和生長。將TmaT-MpTmm蛋白在Escherichia coli和Bacillus subtilis菌株中表達,可顯著提高E. coli和B. subtilis菌株的耐壓能力。生物信息學分析表明TmaT和MpTmm同源蛋白在海洋細菌,尤其是擬桿菌門細菌中廣泛分布,表明這可能是深海細菌普遍采用一種耐壓策略,具有重要理論意義。

圖:深海細菌適應高靜水壓模式圖

  張玉忠教授領銜的研究團隊長期從事海洋微生物學與微生物海洋學研究,近年來在海洋微生物的多樣性與進化、獨特的生命特征、極端環境適應與生態效應等領域取得了系列研究成果。本次在Science Advances上發表的研究成果是該團隊在海洋微生學與微生物海洋學研究領域取得的又一重要研究進展。

  該論文由中國海洋大學、山東大學、青島海洋科學與技術試點國家實驗室、上海海洋大學和英國University of Warwick等單位的相關學者合作完成。研究工作得到了國家自然科學基金項目、科技部重點研發計劃、山東省重大科技創新工程和泰山學者攀登計劃等項目的資助。

通訊員:李春陽 王志彬

文章鏈接:https://doi.org/10.1126/sciadv.abf9941

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