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科学家们确定了帮助微生物在恶劣环境中茁壮成长的关键因素

马里兰大学医学院(UMSOM)的三项新研究已经确定了帮助微生物在恶劣环境中生存的关键因素。这些结果对生物技术和对极端条件下生活的影响具有重要意义,参见了美国国家科学院院刊(PNAS),天体生物学和国际天体生物学杂志。

科学家们确定了帮助微生物在恶劣环境中茁壮成长的关键因素

“我们的工作利用丰富的基因组和转录组学数据。基因组数据代表路线图,遗传学,生物化学和微生物学是探索和扩展知识的工具,”该研究的主要作者Shiladitya DasSarma说。 UMSOM微生物学和免疫学系海洋与环境技术研究所“在我们最近的一系列论文中使用这种跨学科方法,我们更好地确定了生命的限制以及这些耐寒微生物及其蛋白质用于生存和运作的机制。寒冷,咸和水限制的环境,例如火星上存在的环境。我们的研究也在地球上的绿色生物技术中得到应用。“

最近的PNAS文章建立在DasSarma教授和几位同事之前的分析基础之上,他们确定了在极端咸的环境中发现的微生物中的关键蛋白质。他们检查了几种微生物蛋白质的氨基酸组成。该蛋白质表面相对于所有其他生物产生负面增压。这些蛋白质使用负电荷紧密结合水分子,以便保持在溶液中并对抗高水平盐和干燥的影响。他们专注于一种名为H. lacusprofundi(Hla)的微生物,来自南极洲的一个非常咸的湖泊Deep Lake。

他们想知道微生物中的蛋白质是如何在非常咸的,非常寒冷的环境的双重极端中发挥作用的。他们发现某些氨基酸在微生物中更为普遍。他们专注于一种酶β-半乳糖苷酶。他们发现了Hla中酶的版本与生活在温带环境中的微生物的版本之间的关键差异。主要差异包括:原子的包装更松散,冷功能酶的灵活性更大。

今天发表在“天体生物学”杂志上的另一项研究通过研究酶在微生物在有毒盐存在下生存的能力的作用,扩展了这项研究。这项研究对于毒性环境的净化以及火星等其他行星的生命具有重要意义,在这些行星上已经发现了这些有毒盐,特别是一种叫做高氯酸镁的有机盐。

上个月在国际天体生物学杂志上发表的第三项研究表明,Hla和其他同样耐寒的微生物可以在距离地球表面数英里的平流层中游走,那里的条件与火星相似。平流层极冷,氧气很少,并且具有高水平的破坏性紫外线辐射。

这些研究也有可能对生物技术有用。PNAS研究中的方法可用于设计在较低温度下起作用的有价值的酶。例如,经修饰的β-半乳糖苷酶可用于在低温下制备不含乳糖的牛奶,并且其他酶可在降低的温度下适合于其他“绿色”工业过程,从而减少制造过程中所需的能量。高氯酸盐用于火箭燃料和烟花,是一些地下水中常见的有毒污染物。天体生物学的工作可能会导致一种去除它的方法。

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