Bakteria mengambil bahagian dalam kitaran sulfur planet • Elena Naimark • Berita sains mengenai "Unsur" • Genetik, Evolusi, Mikrobiologi, Virologi

Bakteria mengambil bahagian dalam kitaran belerang planet

Bidang hidrotermal di zon rawa Lau Basin dengan pipa perokok: kedalaman 1800 m, suhu sekitar 260 ° C. Dari sini, sampel diambil untuk analisis metagenomik. Foto dari news.harvard.edu

Selepas mengkaji sampel yang mengandungi bakteria sulfur-pengoksidaan SUP05, para saintis mendapati DNA virus dalam genom mereka. Yang menghairankan, daripada 18 jenis DNA virus, 15 enzim yang terkandung dalam pengoksidaan sulfur. Seperti yang ternyata, virus memperoleh unsur genom lama ini, mengekalkannya dalam ekonomi genetik mereka dan digunakan untuk memaksa bakteria untuk secara aktif menghabiskan rizab tenaga mereka untuk mereplikasi DNA virus. Jumlah data mengenai genom virus menunjukkan magnitud fenomena ini: virus meminjam gen yang mengatur metabolisme tenaga daripada bakteria dan menggunakannya untuk kepentingan diri sendiri. Evolusi gen ini dan transduksi mereka perlu dipertimbangkan memandangkan fenomena ini meluas.

Para saintis Amerika dari University of Michigan dan Minnesota mengkaji komuniti bakteria hydrotherms laut dalam (mereka juga dikenali sebagai "perokok hitam"). Dari pertengahan abad ke-20, ketika dunia terpencil ini ditemui,Populasi bakterial "perokok hitam" – penjana tenaga utama biosistem ini – telah menjadi subjek tradisional perhatian yang mendalam para saintis. Lagipun, bakteria yang mengoksidakan pelbagai jenis sebatian sulfur (serta metana, besi, dan sebagainya) membentukkira-kirakebanyakan pengeluaran utama "perokok hitam". Walau bagaimanapun, walaupun penyelidikan aktif yang berterusan, dunia "perokok hitam" kerap menyampaikan penemuan hebat.

Dalam kajian ini, saintis mengambil bakteria SUP05 yang berkaitan dengan proteobacteria gamma (Gammaproteobacteria) yang mengkhususkan diri dalam pengoksidaan sulfur (untuk SUP05, lihat artikel: KT Marshall & RM Morris, 2012. clade). SUP05 adalah unsur paling besar dalam mikrobiota perokok hitam. Secara umum, bakteria sulfur "perokok hitam" dibekalkan kepada ekosistem laut dalam dengan kuantiti bahan organik yang setara dengan pengeluaran zon photik, oleh itu, minat SUP05 sepenuhnya dibenarkan.

Para saintis membandingkan genom SUP05 dari enam titik di zon rawa dalam air: 5 sampel berasal dari Lau Basin, di mana bidang hidroterma aktif diketahui, dan yang keenam, dari hidroterapi Lembangan Guaymas di Teluk California.

Daripada enam sampel, SUP05 genom mendedahkan DNA virus – sejumlah 18 virus yang berlainan.Dengan sendirinya, ini adalah dalam susunan perkara: organisma yang paling besar biasanya dijangkiti parasit, dalam hal ini bacteriophages. Dalam kes SUP05, para saintis terkejut dengan sesuatu yang lain. Lima belas daripada 18 jenis bacteriophages yang mengandungi gen-enzim khas (rdsr, reverse dissimilatory sulfite reductase); lihat lebih banyak di F. Grimm et al., 2009. dalam Allochromatium vinosum) yang terlibat dalam pengoksidaan unsur sulfur. Ternyata kebanyakan parasit air dalam ini dipenuhi dengan alat molekul untuk pengoksidaan sulfur. Kenapakah mereka virus? Pengoksidaan virus sulfur tidak. Tugas virus ini adalah untuk menyalin DNA dan protein kapsid virusnya, kemudian menyusup ke dalam tuan rumah seterusnya.

Perbandingan urutan genetik menunjukkan bahawa gen enzim virus tidak sama dengan gen enzim serupa dalam bakteria tuan rumah. Ini bermakna bahawa mereka tidak diperoleh hasil daripada penggabungan atau peminjaman baru-baru ini. Virus mengambil masa yang agak lama dan menyimpannya dalam satu cara atau lain dalam genom mereka: nampaknya, beban genetik tambahan ini menyumbang kepada pembiakan mereka. Oleh kerana enzim ini terlibat dalam proses yang mana sel SUP05 menerima tenaga, manfaat dari "overhang" ini untuk virus adalah jelas.Virus itu, setelah masuk ke dalam sel, menyebabkan bakteria mula aktif menggunakan rizab sulfurnya, untuk menghasilkan tenaga tambahan dan membelanjakannya pada transkripsi DNA, termasuk DNA virus. Dengan kata lain, bakteria dipaksa untuk meniru DNA virus.

Skim pengoksidaan sulfur oleh bakteria SUP05. Hanya enzim utama lata ini yang diperhatikan – sulfida-quinone oxidoreductase (sqr), kompleks sulfur-pengoksidaan (sox), reduktase sulfat dissimilative (rdsr), APS-reductase (apr), ATP-sulfurylase (duduk). Segi empat kelabu menunjukkan kawasan di mana enzim virus rdsr berfungsi. Skim artikel yang dibincangkan dalam Bahasa Malaysia Sains

Dictate virus yang sama didaftarkan untuk cyanobacteria yang tinggal di zon photik. Bacteriophages mereka menangkap enzim fotosintesis (psbA dan psbD). Akibatnya, virus boleh memaksa sel mati untuk membekalkan tenaga, walaupun sistem fotosintesis sudah rosak. Seperti yang ternyata dalam kajian virus lapisan dangkal lautan, kebanyakan virus mempunyai enzim yang terlibat dalam fotosintesis. Jadi, kira-kira 60% daripada gen psbAdikesan oleh analisis metagenomik permukaan air tergolong dalam virus (kira-kira gen psbA lihat lebih lanjut dalam artikel: P. Mulo et al., 2009.Keluarga gen pyano Cyanobacterial: pengoptimuman fotosintesis oksigen).

Diambil bersama, data mengenai virus dari perairan permukaan dan perokok dalam laut menunjukkan kemungkinan transduksi dan gen evolusi tertentu yang terlibat dalam metabolisme tenaga. Gen ini bukan hanya secara tidak sengaja berpaut kepada DNA virus dan dikemukakan kepada tuan rumah yang baru. Sebaliknya, mereka mungkin hadir dalam virus, mereka sengaja dipelihara oleh mereka dan diubah suai untuk memenuhi keperluan virus, dan bukan pengguna bakteria sistem tenaga. Dari sudut pandangan ini, evolusi gen bakteria banyak dan kadar pemindahan mendatar kelihatan agak berbeza.

Sumber: K. Anantharaman, M. B. Duhaime, J. A. Breier, K. A. Wendt, B. M. Toner, G. J. Dick. Gen oksidasi belerang dalam pelbagai virus Deep-Sea // Sains. 2014. V. 344. P. 757-760.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: