在他们的研究发表在这个问题,康和他的同事们已经解决了一个非常重要的问题:是否铜螯合剂由有氧氧化菌分泌发挥重要作用在控制甲烷在大气中积累,可能作为“公共物品”,类似于含铁细胞和其他分泌化合物(1,具有重要的环境意义。这些将包括一个潜在的竞争对铜在不同类型的菌,是否生产这种公共物品,以及菌之间的竞争和其他生物需要铜的重要功能,如氨氧化剂,从而影响碳和氮的生物地球化学循环。菌需要高的铜供应的重要辅助因子的主要酶有氧methanotrophy:微粒甲烷单氧酶(2]。已经有近二十年methanobactin (MB)被发现作为铜螯合剂(“chalkophore”,χαλκός希腊铜)提供这种酶(3]。这种铜螯合化合物,其中很少是化学特征,含铁细胞相似的小肽,是研究铁扎肽(2]。在alphaproteobacterial菌Methylocystaceae家庭,两类MBs的特点,与不同的性质和不同的亲和力对铜(2]。已知的MBs分泌到环境中他们绑定/溶解/减少铜然后运输到细胞,通过TonB类型转运蛋白编码基因的部分集群参与MB前体合成和改性2]。这些螯合剂看起来相当混乱,可能绑定各种金属铜旁边,包括铁和黄金,但他们的合成仍然是严格受铜的可用性;基因的合成只是表达了金属铜的条件下(2]。有趣的是,由于他们滥交,MBs与发挥作用在绑定和运输甲基汞(CH3Hg+),一个强大的神经毒素,从而可能发挥作用在其解毒在某些环境领域4]。CH的机制3Hg+降解菌仍然是难以捉摸的,但甲醇脱氢酶,methanotrophy的重要酶,可能涉及4]。
尽管氧化菌的重要作用,MBs并不是唯一的机制确保铜用于甲烷氧化的基本反应。几个甲烷氧化剂使用一个名为忧郁/忧郁*的蛋白质,迄今为止唯一的特征甲基球菌属capsulatus,这是一个gammaproteobacterial菌。这种蛋白质也有高亲和力铜和高效地传输到细胞(5),因此,它是另一种类型的chalkophore。在这个时候,其传输机制尚未建立实验。此外,不分泌物质特征已经报道了其他几个gammaproteobacterial菌,有别于MBs,代表额外的chalkophores类型(s)。而MB的机械合成和分泌没有公认的相应基因组(6),这些糟糕的合成机制特征chalkophores仍然是完全未知的。
在他们的研究中,康和他的同事关注MBs铜收购的作用。三个不同的菌进行了研究在这些实验中,没有一个编码识别的MB合成/修改功能,除了测试两个纯化MBs不同MB类。虽然不是编码MBs,所有三个菌同源染色体编码的MB传递函数,提出一个潜在的收购MB作为公共利益。因为一个MB-specific抗体测试是不可靠的,CH3Hg+降解能力已被用作代理(即。,当有机体能够获得MB, CH3Hg+将运输到细胞和脱甲基1])。
值得注意的是,两种菌(Methylocystissp。罗克韦尔,Methylomicrobium专辑BG8)回应外部提供的MBs,表明一些菌可以受益于金属方面的公共产品供给,而第三(甲基球菌属capsulatus浴)没有这样的反应。尽管这似乎m . capsulatus至少有两种机制获得铜,通过忧郁/忧郁*或通过一个替代chalkophore,可能类似于一个部分特征在这项研究中,因此,而不同于已知的MBs。因此,也许m . capsulatus不需要“窃取”MBs因为(a)可能已经充分具备安全铜的供应,和(b)它可以使用另一种可溶性甲烷单氧酶,不需要铜(2]。相比之下,m .专辑似乎能从alphaproteobacterial偷MBs菌即使它还生产另一种chalkophore [1]。为Methylocystissp。罗克韦尔,偷窃似乎与铜收购获得成功的唯一途径。
虽然该研究只涉及三菌,没有编码已知基因合成的MBs,结果已经存在一个复杂的系统,扩大我们的理解菌的生态。作者表明,菌可以使用分泌MBs作为公共产品,尽管他们可能有自己的手段结合和运输铜。这意味着一个复杂的平衡相关的不同类型的丰富和功能菌存在于相同的环境。这些结果还质疑其他交互中存在不同类型的菌,让那些无法获得铜与那些有多个共存的意思。此外,进一步的研究强调了MBs参与环境退化的CH3Hg+,因此,一个重要的角色在菌methanotrophy之外。
有趣的是,生物合成基因簇MB已确定在non-methanotrophic微生物的基因组7),但他们的角色还没有被研究过。可以推测,MBs在non-methanotrophs只是用来收购铜酶除了甲烷单氧酶。然而,不同的场景可以想象,MBs作为“礼物”的菌,以换取其他一些有价值的化合物或函数。例如,有毒的脱甲基的CH微生物没有能力3Hg+可能受益于与氧化菌的合作。在另一个场景中,MBs,以及其他分泌chalkophores,可以作为信号,促使菌排出碳,它们被做在其他情况下8]。其他两个方面的潜在的复杂的公共交互应该提到,methantrophs和氮化物[9)和氧化菌脱氮剂,通过竞争对铜(10),铜螯合剂可能扮演重要的角色。这突出了另一个潜在的功能菌methanotrophy之外,在全球氮循环。
虽然康和他的同事们(1报告显著提前了解MBs的角色在两个铜供应基本函数的甲烷氧化以及CH3Hg+退化,许多问题仍未得到解答。有多少不同类型的MBs存在吗?为什么知道gammaproteobacterial菌无MBs,但相反,产生其他chalkophores吗?后者的化学和性能需要进一步研究,包括他们的生物合成方式。此外,在CH甲醇脱氢酶的作用3Hg+脱甲基作用需要证明,或另一种机制需要被发现。尽管一些菌的群体感应机制已经证明,到目前为止,还没有连接到chalkophore生产。因此,监管他们的合成可能与含铁细胞合成的监管。最有趣的问题是MBs和其他chalkophores参与社区功能和潜在的影响机制。
虽然有氧氧化菌已经被广泛的研究100多年(6),他们继续保持神秘,充满惊喜,不断解决谜题的来源。
引用
康CS,梁X, Dershwitz P,顾W·斯,弗拉,等。证据methanobactin“盗窃”和小说chalkophore生产菌:影响methanotrophic-mediated甲基汞退化。ISME j . 2021;https://doi.org/10.1038/s41396 - 021 - 01062 - 1。
Semrau JD, DiSpirito AA, Obulisamy PK, Kang-Yun CS。从菌Methanobactin:遗传学、结构、功能和潜在的应用。《列托人。2020;367:fnaa045。
Kim HJ格雷厄姆•DW DiSpiito AA, Alterman MA Galeva N, Larive CK, et al . Methanobactin: copper-acquisition化合物从methane-oxidizing细菌。科学。2004;305:1612-5。
赵陆X,顾W, L, Farhan Ul Haque M, DiSpirito AA, Semrau JD, et al .甲基汞吸收和降解菌。Sci放置2017;3:e1700041。
Ve T, Mathisen K, Helland R, Karlsen OA, Fjellbirkeland, Røhr AK,等。甲基球菌属capsulatus(浴)分泌蛋白质,忧郁*,结合减少和氧化铜矿。PLoS ONE。2012;7:e43146。
DiSpirito AA, Semrau JD马雷尔JC,加拉格尔WH,高秤C, Vuilleumier Methanobactin和铜和甲烷氧化细菌之间的联系。Microbiol启杂志2016;80:387 - 409。
肯尼通用电气、Rosenzweig AC。基因组methanobactins矿业。BMC医学杂志。2013;十一17。
郑余Z, Y,黄J, Chistoserdova l系统生物学与酶学:最近的见解公共甲烷代谢和镧系元素的作用。咕咕叫问题杂志。2019;33:183 - 96。
Gwak陶宏根,荣格我香港HY, Kim J-G关丽珍z x, Reinfelder JR, et al。古细菌硝化作用受到铜络合与有机物在市政污水处理厂。ISME j . 2020; 14:335-46。
Chang J, Kim DD Semrau JD,李J, Heo H,顾W, et al。增强土壤微生物一氧化二氮排放量的财团通过铜之间的竞争proteobacterial菌和脱氮剂。:环境Microbiol。2020; 87: e02301-20。
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Chistoserdova, l . methanotrophy和超越!新的见解功能和生态角色铜螯合剂。ISME J16,3 - 4 (2022)。https://doi.org/10.1038/s41396 - 021 - 01131 - 5
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