“抗生素”如何帮助细菌进食

  多年来,科学家们已经知道,当争夺食物和太空时,某些细菌会产生对其他细菌有毒的分子。现在,加州理工学院的研究人员发现这些所谓的抗生素还有另一个目的:当资源匮乏时,它们可以帮助细菌获取必需的营养。

“抗生素”如何帮助细菌进食

  这项研究是在Dianne Newman的实验室中进行的,该实验室由Gordon M. Binder / Amgen的生物学和地球生物学教授以及生物学和生物工程学的执行官完成,并在《科学》杂志上发表了一篇新论文。该研究由博士后学者达西·麦克罗斯(Darcy McRose)进行。

  该研究集中于假单胞菌属中的细菌物种,以及它们产生的称为吩嗪的分子。纽曼的实验室已经研究了吩嗪及其化学和生物学特性近二十年。

  “我们知道这些假单胞菌的'抗生素'可以杀死竞争对手,但我们想回答:生物体产生吩嗪还有其他功能或益处吗?” 麦克罗斯说。

  尽管纽曼实验室多年来已经确定了这些分子的多种作用,但假单胞菌物种并不总是产生吩嗪,因此McRose从研究微生物产生该分子的条件开始。她发现,当微生物在其环境中具有有限的可生物利用的磷时,假单胞菌会产生吩嗪。磷是一生必需的营养素,可以多种化学形式存在。当它以生物可以使用的形式存在时,被认为是“生物可利用的”。打个比方,小麦籽粒不能被人类当作食物食用,但可以以烤成面包的面粉的形式消化。同样,结合在铁矿物质表面的磷很难被细菌吸收,需要首先释放。

  麦克罗斯想知道生物有效磷的缺乏与吩嗪的生产之间是否存在某种联系。纽曼实验室的先前研究表明,吩嗪可以介导化学反应,溶解土壤的一种常见成分铁氧化物。麦克罗斯证明,这也可以释放附着的磷,使其具有生物利用度。在实验中,她采集了附着有磷酸盐的合成氧化铁,以及结合了氧化铁的磷酸盐所含的天然沉积物,并添加了吩嗪,并观察到可生物利用的磷的量增加了。

  然后,麦克罗斯(McRose)对无法产生吩嗪的转基因假单胞菌菌株进行了实验。她在仅与铁矿物质结合存在磷的环境中生长了这些突变的微生物,并将它们与相同环境中的非突变假单胞菌进行了比较。正常细菌能够生长和存活,大概是通过使用吩嗪从铁矿物质中获取磷。然而,不能产生吩嗪的突变假单胞菌菌株也没有生长。

  假单胞菌并不需要磷。它是包括农业植物在内的所有生命赖以生存的必需营养素。研究人员说,了解假单胞菌等微生物与多种形式的磷之间的关系,以及微生物在使磷可用于生物圈中所起的作用对于做出可持续性决策(例如,肥料的使用)至关重要。

  纽曼说:“这项工作结合了关于何时生产某些类型的抗生素的古老观察,以及我们对它们的化学反应性的理解。” 此外,这项工作还增进了人们对植物根部土壤中发生的微观关系的理解。

  纽曼补充说:“发现这些化合物在获取大量营养素中的重要作用令人兴奋。展望未来,我们希望利用这种理解来探索更可持续的方式来促进农业领域磷的生物利用度,”纽曼补充说。

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