复杂的微生物大都会：微生物学家揭示细菌的跨代团队合作

复杂的微生物大都会：微生物学家揭示细菌的跨代团队合作当细菌建立群落时，它们会进行跨代合作并共享养分。巴塞尔大学的研究人员利用一种新开发的方法首次成功地证明了这一点。这项创新技术能够跟踪细菌群落在不同时间和空间发展过程中的基因表达。在自然界中，细菌通常生活在群落中。它们集体定植于我们的肠道，也被称为肠道微生物群，或形成生物膜，如牙菌斑。群落生活给单个细菌带来了许多好处，例如增强了对恶劣环境条件的适应能力、向新领地扩张以及从共享资源中获得共同优势。细菌群落的发展是一个非常复杂的过程，在这个过程中，细菌会形成错综复杂的三维结构。在11月16日发表在《自然-微生物学》（NatureMicrobiology）杂志上的最新研究中，巴塞尔大学生物中心的克努特-德雷舍尔（KnutDrescher）教授领导的研究小组详细研究了细菌群落的发展过程。他们在方法上取得了突破性进展，能够同时测量基因表达，并对微生物群落中单个细胞在空间和时间上的行为进行成像。琼脂板上的枯草杆菌群(彩色图像）图片来源：巴塞尔大学生物中心"我们使用枯草杆菌作为模式生物。这种无处不在的细菌也存在于我们的肠道菌群中。"研究负责人克努特-德雷舍尔（KnutDrescher）教授解释说："我们发现，这些生活在群落中的细菌会进行跨代合作和互动。前几代人为后几代人沉积代谢物"。他们还在细菌群中发现了不同的亚群，它们产生和消耗不同的代谢物。一个亚群分泌的一些代谢物会成为后来出现的其他亚群的食物。研究人员将最先进的自适应显微镜、基因表达分析、代谢物分析和机器人采样结合在一起。利用这种创新方法，研究人员能够在精确定位的地点和特定时间同时检测基因表达和细菌行为，并识别细菌分泌的代谢物。因此，细菌群可分为三个主要区域：菌群前沿、中间区域和菌群中心。不过，这三个区域呈现出渐变的特点。"根据区域的不同，细菌的外观、特征和行为也各不相同。边缘的细菌大多是运动的，而中心的细菌则形成非运动的长线，从而形成三维生物膜。"第一作者汉娜-杰克尔（HannahJeckel）解释说："原因之一是空间和资源的可用性不同。"具有独特行为的细菌的空间分布使群落能够扩展，同时也能隐藏在保护性生物膜中。这一过程似乎是细菌群落的普遍策略，对它们的生存至关重要。"这项研究说明了细菌群落的复杂性和动态性，揭示了单个细菌之间有利于群落的合作互动。因此，空间和时间效应在微生物群落的发展和建立中起着核心作用。这项工作的一个里程碑是开发了一种开创性的技术，使研究人员能够以前所未有的分辨率获取多细胞过程的全面时空数据。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401329.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401329.htm

大堡礁珊瑚中发现的人类衣原体表亲为解决白化带来希望

大堡礁珊瑚中发现的人类衣原体表亲为解决白化带来希望大堡礁外缘的诺曼礁的珊瑚虫。研究人员发现两种细菌在珊瑚中共存，其中一种是令人惊讶的发现珊瑚礁丰富的生物多样性使其成为地球上最关键的生态系统之一。珊瑚的生存依赖于多种微生物，包括细菌、真菌和病毒。位于澳大利亚东北海岸的大堡礁是世界上最大和最著名的珊瑚礁系统，由2900多个独立的珊瑚礁和900个岛屿组成，面积约为132973平方英里（344400平方公里）。细菌在保护珊瑚抵御病原体、循环营养、生产维生素和必需氨基酸方面发挥着关键作用。它们通常在珊瑚的粘液和骨架上定居，在组织中较少见到。当细菌在组织中被看到时，它们被称为细胞相关微生物聚集物（CAMA），形成大而密集的集群。来自墨尔本大学、汤斯维尔的澳大利亚海洋科学研究所和维也纳大学的研究人员在大堡礁的Pocilloporaacuta珊瑚组织中发现了两种类型的CAMA。第一种属于Endozoicomonas属，已知在珊瑚中广泛存在。人们普遍认为这种细菌对珊瑚有益，因为它能够产生B族维生素和抗菌化合物。第二种细菌是出乎意料的。它被发现来自衣原体属，其中包括导致人类衣原体（一种性传播感染）的细菌。这是第一次在珊瑚中发现衣原体。"我们与衣原体专家AstridCollingro博士和维也纳大学的MatthiasHorn教授合作，发现这些细菌从它们的宿主那里偷取营养物质和能量来生存，"该研究的主要作者JustinMaire说。利用成像技术、显微切割和基因组测序的组合，研究人员发现CAMA在P.acuta珊瑚的触角尖端，内生菌和衣藻菌出现在不同但相邻的CAMA中。新型衣藻类的发现以及它与内生藻共存的事实，推进了我们对复杂的珊瑚微生物组和珊瑚礁健康的理解。Maire说："这种细菌有可能从其他与珊瑚相关的细菌那里获得营养和能量，对于我们这些致力于了解珊瑚生物学的人来说，生活在珊瑚组织内的细菌相互作用的可能性是相当令人激动的。"全球变暖引发了海洋热浪，导致大堡礁和世界上其他珊瑚礁的珊瑚白化。当珊瑚礁的水温过高，时间过长时，珊瑚就会受到压力，并将生活在其组织内的五颜六色的海洋藻类（zooxanthellae）排出，留下白色的骨架，珊瑚礁可能需要几十年的时间才能从白化中恢复，如果它们真的可以恢复的话。研究人员希望他们的发现将有助于利用益生菌解决大堡礁的珊瑚白化问题。该研究的共同作者MadeleinevanOppen说："我的实验室的重点领域之一是开发用于珊瑚的细菌益生菌，帮助提高它们对气候变暖造成的热应力和生存率的抵抗力。我们对珊瑚相关细菌的功能仍然知之甚少，这项新研究将帮助我们弄清楚益生菌是否是一个可行的解决方案，以及像内生菌这样的细菌是否最适合做这项工作。"该研究发表在《科学进展》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1360567.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1360567.htm

科学家发现解除危害植物的微生物蛋白家族的潜在方法

科学家发现解除危害植物的微生物蛋白家族的潜在方法现在，在三个合作研究小组的共同努力下，他们终于找到了这些分子如何使植物生病的答案，以及解除它们的方法。相关研究成果于9月13日发表在《自然》（Nature）杂志上。实验室的研究人员研究的是这种致命鸡尾酒的关键成分，即名为AvrE/DspE的注射蛋白家族，它们会导致从豆类的褐斑病、番茄的细菌斑点到果树的火疫病等各种病害。自从20世纪90年代初被发现以来，研究植物病害的人就对这个蛋白家族产生了浓厚的兴趣。它们是细菌武库中的关键武器；在实验室中消灭它们，就能使原本危险的细菌变得无害。但是，尽管经过几十年的努力，关于它们如何工作的许多问题仍然没有答案。研究人员发现，AvrE/DspE家族中的许多蛋白质都能抑制植物的免疫系统，或在植物叶片上形成水渍状黑斑--这是感染的最初征兆。他们甚至知道氨基酸的基本序列，这些氨基酸就像串珠一样连接成蛋白质。但他们不知道这串氨基酸是如何折叠成三维形状的，因此无法轻易解释它们是如何工作的。问题的部分原因在于这个家族的蛋白质非常庞大。一般的细菌蛋白质可能只有300个氨基酸，而AvrE/DspE家族的蛋白质却有2000个氨基酸。研究人员曾寻找其他具有类似序列的蛋白质来寻找线索，但没有发现任何具有已知功能的蛋白质。"它们是奇怪的蛋白质，"他说。于是，他们求助于2021年发布的一款名为AlphaFold2的计算机程序，该程序利用人工智能预测给定氨基酸串的三维形状。计算机生成的一种名为DspE的细菌蛋白质的三维地图显示了其稻草般的形状。资料来源：杜克大学研究人员知道，这个家族中的一些成员可以帮助细菌躲避植物的免疫系统。但他们第一次看到这种蛋白质的三维结构时，发现了它的另一个作用。研究报告的共同作者、杜克大学生物化学教授周培（音译）说："当我们第一次看到这个模型时，它和我们想象的完全不一样。"研究人员研究了人工智能对感染梨、苹果、西红柿和玉米等农作物的细菌蛋白质的预测，发现它们都具有类似的三维结构。它们似乎折叠成一个带有圆柱形茎干的小蘑菇，就像吸管一样。预测的形状与使用低温电子显微镜捕捉到的导致果树火疫病的细菌蛋白质的图像十分吻合。从上往下看，这种蛋白质非常像一根空心管。这引起了研究人员的思考：也许细菌利用这些蛋白质在植物细胞膜上打洞，在感染过程中"强迫宿主喝水"。细菌进入叶片后，首先接触到的一个区域是细胞之间的空间，称为细胞质。通常情况下，植物会让这一区域保持干燥，以便进行光合作用所需的气体交换。但当细菌入侵时，叶片内部就会积水，为它们创造了一个湿润舒适的觅食和繁殖天堂。对预测的火疫病蛋白三维模型的进一步研究发现，虽然稻草状结构的外部是防水的，但其中空的内核却对水有着特殊的亲和力。为了验证水通道假说，研究小组与杜克大学生物学教授董珂及其实验室博士后、共同第一作者费利佩-安德烈亚扎（FelipeAndreazza）合作。他们在蛙卵中加入了细菌蛋白AvrE和DspE的基因读数，将蛙卵作为制造这些蛋白的细胞工厂。将蛙卵放入稀释的生理盐水中，水过多会使蛙卵迅速膨胀并破裂。研究人员还尝试通过阻断这些细菌蛋白的通道来解除它们的作用。野村重点研究了一类名为PAMAM树枝状聚合物的微小球形纳米粒子。这种树枝状聚合物在药物输送领域已经使用了二十多年，可以在实验室中制成直径精确的颗粒。他说："我们当时的假设是，如果我们找到合适直径的化学物质，也许就能堵住孔隙。"在测试了不同大小的颗粒后，他们发现了一种他们认为大小正好能堵住由火疫病病原体Erwiniaamylovora产生的水通道蛋白的颗粒。他们取来能合成这种蛋白质的蛙卵，用PAMAM纳米粒子浇灌，水就不再流入蛙卵。它们没有膨胀。他们还处理了感染病原体丁香假单胞菌的拟南芥植物，这种病原体会导致细菌斑点。通道阻断纳米粒子阻止了细菌的生长，使植物叶片中的病原体浓度降低了100倍。这些化合物对其他细菌感染也有效。研究人员在梨果上做了同样的实验，梨果接触到了导致火疫病的细菌，但梨果从未出现症状--细菌没有让梨果生病。"这是一个漫长的过程，但它成功了，"他说。"我们对此感到非常兴奋。"研究人员说，这些发现可以为防治许多植物病害提供新的思路。我们吃的食物中有80%是植物生产的。然而，全球粮食产量的10%以上--小麦、水稻、玉米、马铃薯和大豆等作物--每年都会因植物病原体和害虫而损失，全球经济损失高达2200亿美元。研究小组已就这一方法申请了临时专利。周和共同第一作者、周实验室的博士生程杰说，下一步要做的是，通过更详细地观察通道阻断纳米粒子和通道蛋白是如何相互作用的，弄清这种保护是如何起作用的。周说："如果我们能对这些结构进行成像，我们就能更好地理解并设计出更好的作物保护方案。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385063.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385063.htm

细菌战甲：青蛙疫苗如何改变微生物组以对抗致命真菌

细菌战甲：青蛙疫苗如何改变微生物组以对抗致命真菌该研究于6月12日发表在皇家学会哲学会刊B的特刊上，表明微生物组反应可能是疫苗功效中一个重要的、被忽视的部分。“构成动物微生物组的微生物通常可以帮助抵御病原体，例如通过产生有益物质或通过与病原体竞争空间或营养物质，”宾夕法尼亚州立大学生物学副教授兼研究负责人GuiBecker说。“但是当你接种疫苗时，你的微生物组会发生什么变化，比如COVID疫苗、流感疫苗或黄热病疫苗等减毒活疫苗？在这项研究中，我们以青蛙作为模型系统开始探索这个问题。”青蛙和其他两栖动物受到壶菌的威胁，这导致几大洲的一些物种灭绝，数百种其他物种的种群数量严重下降。在易感物种中，这种真菌会导致有时致命的皮肤病。“壶菌是近代历史上野生动物保护最严重的病原体之一，如果不是最严重的话，迫切需要开发控制其传播的工具，”贝克尔说，他也是OneHealth微生物组中心和宾夕法尼亚州立大学传染病动力学中心的成员。“我们发现，在某些情况下，疫苗可以诱导微生物组发生保护性转变，这表明仔细操纵微生物组可以作为更广泛战略的一部分，帮助两栖动物，或许还有其他脊椎动物，应对新出现的病原体。”研究人员应用了一种疫苗，在这种情况下，一种由壶菌产生的代谢产物的非致死剂量用于蝌蚪。五周后，他们观察了微生物组的组成是如何变化的，确定了单个细菌种类及其相对比例。研究人员还在实验室中培养了每种细菌，并测试了特定于细菌的产品是否促进、抑制或对壶菌生长没有影响，将结果添加到该信息的大型数据库中并与之进行比较。“增加接触壶菌产品的浓度和持续时间会显着改变微生物组的组成，从而产生更高比例的细菌产生抗壶菌物质，”大学贝克尔实验室的硕士生SamanthaSiomko说。阿拉巴马州的研究人员和论文的第一作者。“这种保护性转变表明，如果一只动物再次接触到相同的真菌，它的微生物组将能够更好地对抗病原体。”以前在微生物组中诱导保护性变化的尝试依赖于添加一种或多种已知可产生有效抗真菌代谢物（即益生菌）的细菌。然而，根据研究人员的说法，细菌必须与微生物组中的其他物种竞争，并且并不总是能够成功地将自己确立为微生物组的永久成员。贝克尔说：“这些青蛙的皮肤上有数百种细菌，它们是从环境中吸收的，而且成分会定期变化，包括随季节变化。试图操纵微生物社区，例如通过添加细菌益生菌，是具有挑战性的，因为社区的动态是如此复杂和不可预测。我们的结果很有希望，因为我们基本上已经朝着更有效地对抗真菌病原体的方向操纵了整个细菌群落，而无需添加需要竞争资源才能生存的生物。”值得注意的是，微生物组内的物种总数多样性没有受到影响，只有物种的组成和相对比例受到影响。研究人员认为这是积极的，因为青蛙微生物组多样性的下降通常会导致疾病或死亡，而且人们普遍认为，维持多样化的微生物组可以让细菌和微生物物种群落更动态地应对威胁更高的功能冗余。研究人员表示，微生物组组成的这种适应性转变，他们称之为“微生物组记忆”，可能在疫苗功效中发挥重要作用。除了了解这种转变背后的机制外，研究小组还希望在未来研究成年青蛙和其他脊椎动物的微生物组记忆概念。“我们的合作团队实施了一种预防技术，该技术依赖于来自壶菌的代谢产物，”贝克尔说。“基于mRNA或活细胞的疫苗——就像那些通常用于预防细菌或病毒感染的疫苗——可能会对微生物组产生不同的影响，我们很高兴探索这种可能性。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1364805.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1364805.htm

微生物中提取的抗生素对新型超级细菌有杀灭效果

微生物中提取的抗生素对新型超级细菌有杀灭效果在开发这种抗生素的过程中，来自德国和美国的研究人员使用了一种名为iCHip的设备，这种设备可以让科学家培养出迄今为止被认为是"细菌暗物质"的细菌，或者是根本无法在实验室中培养的细菌。有趣的是，99%的细菌都属于这一类。iCHip是由一家名为NovoBioticPharmaceuticals的小型初创公司和波士顿东北大学的微生物学家KimLewis共同开发的。这次，该设备帮助研究人员找到了一种抗生素--由北卡罗来纳州的土壤微生物Eleftheriaterraesubspeciescarolina产生的Clovibactin。这些细菌产生的有效物质是为了攻击其他土壤微生物，从而帮助它们战胜其他土壤微生物。该研究的合著者、乌得勒支大学化学系研究员马库斯-温加斯（MarkusWeingarth）说："Clovibactin与众不同。由于它是从以前无法生长的细菌中分离出来的，病原菌以前没有见过这种抗生素，没有时间产生抗药性。"这种抗生素一经发现，研究人员就着手研究它的工作原理。他们发现，这种抗生素的杀菌机制与目前的抗生素不同。它基本上是在细菌入侵者用来构建细胞壁的三种不同前体分子周围形成一个笼子。事实上，"Clovibactin"这个名字来源于希腊语中的"Klovi"，意思是笼子，因为它的作用方式很新颖。目前的一些抗生素也是通过破坏细菌细胞壁来发挥作用的，而克洛维菌素的独特之处在于它能锁住这些被称为焦磷酸盐的分子。Weingarth说："Clovibactin就像一个严实的手套一样包裹着焦磷酸盐。就像一个笼子把目标围了起来。由于Clovibactin只与目标中不变的、保守的部分结合，细菌将更难产生抗药性。事实上，我们在研究中没有观察到任何对Clovibactin的抗药性。"Clovibactin能够穿透耐抗生素超级细菌的防御系统，这一事实进一步增强了人们对它的希望，因为它在与细菌的斗争中又向前迈进了几步。当抗生素附着在有害细菌上时，它会发出丝状物，进一步结合并消灭细菌。它还会使细菌释放出一种被称为自溶酶的酶，进一步帮助细菌溶解自身细胞壁，从而自行消亡。该研究的合著者、德国波恩大学的塔尼娅-施奈德（TanjaSchneider）说："Clovibactin的多靶点攻击机制可在不同位置同时阻断细菌细胞壁的合成。这提高了药物的活性，并大大增强了其对抗药性产生的稳健性"。在小鼠研究中，Clovibactin能有效对抗多种病原体，尤其是对革兰氏阳性菌，如引起常见医院感染的MRSA、葡萄球菌和链球菌，以及引起结核病等一系列疾病的其他入侵者。研究小组现在计划研究如何利用氯维巴坦的有效性，并表示这种抗生素还需要一段时间才能作为药物广泛使用，因为它必须经过临床试验和审批等常规途径。这项研究发表在《细胞》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378835.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378835.htm

微生物学家用基因编辑技术实现让啤酒的味道更醇厚

微生物学家用基因编辑技术实现让啤酒的味道更醇厚许多年来，啤酒是在开放式大桶中酿造的。然而，该行业在20世纪70年代过渡到使用大型封闭式容器，因为它们更容易填充、清空和清洁，并允许以更大的量进行酿造，同时也产生较低的费用。然而，由于风味产生不足，这些现代技术生产的啤酒质量较低。在发酵过程中，酵母将醪液中的一半糖转化为乙醇，一半转化为二氧化碳。问题是，二氧化碳对这些狭小的容器进行加压，从而冲淡了味道。Katholieke大学分子细胞生物学荣誉教授JohanThevelein博士和他的小组以前曾开发过识别酵母中负责商业上重要特征的基因的技术。他们利用这项技术，通过筛选大量的酵母菌株来寻找负责啤酒风味的基因，以观察哪种酵母菌在压力下保持风味的效果最好。Thevelein是NovelYeast公司的创始人，并与其他公司在工业生物技术领域合作，他说他们集中研究了一种类似香蕉味道的基因，因为它是"啤酒以及其他酒精饮料中最重要的味道之一"。Thevelein说："令我们惊讶的是，我们在MDS3基因中发现了一个单一的突变，该基因编码的调节器显然参与了乙酸异戊酯的生产，乙酸异戊酯是香蕉味的来源，是这种特定酵母菌株的大部分耐压性的原因。"Thevelein和同事随后使用CRISPR/Cas9，一种广为人知的革命性的基因编辑技术在其他酿酒菌株中设计这种突变，这同样改善了它们对二氧化碳压力的耐受性，使味道十足。"Thevelein说："这证明了我们研究结果的科学意义，以及它们的商业潜力。""该突变是了解高二氧化碳压力可能损害啤酒风味生产的机制的第一个见解，"Thevelein说，他指出MDS3蛋白可能是一个重要调控途径的组成部分，可能在对抗二氧化碳抑制风味生产方面发挥作用，但它是如何做到这一点的目前还不清楚。了解更多：https://journals.asm.org/doi/10.1128/aem.00814-22...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1331865.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1331865.htm