研究人员破译了A.aromaticum细菌的内部工作原理

奥尔登堡大学研究人员领导的团队详细阐明了一种关键环境微生物的新陈代谢。这种整体理解可以可靠地预测微生物的生长。该物种专门降解长寿命有机物质，因此在生物土壤修复中起着重要作用。

由奥尔登堡大学微生物学家教授RalfRabus博士及其博士领导的团队。学生PatrickBecker对常见环境细菌的细胞机制有了深入的了解。研究人员检查了细菌菌株AromatoleumaromaticumEbN1T的整个代谢网络，并利用研究结果开发了一种代谢模型，他们可以利用该模型预测这些微生物在不同环境条件下的生长情况。

正如研究人员在mSystems中报告的那样，他们的分析揭示了某些意想不到的机制，这些机制显然使这些细菌能够适应快速变化的环境条件。该研究的结果对于生态系统研究具有重要意义，在该领域，Aromatoleum菌株作为一组关键环境细菌的代表，可以作为模式生物，也可能对污染场地的修复和生物技术应用。

所研究的菌株专门使用难以分解的有机物质，通常存在于土壤和水生沉积物中。这些微生物在氧气、低氧层和无氧层等各种条件下茁壮成长，并且在营养摄入方面也极其灵活。

它们代谢40多种不同的有机化合物，包括高度稳定的天然物质，例如木质素成分、木材中发现的主要结构材料，以及长寿命污染物和石油成分。

特别是，具有由六个碳原子组成的苯环的物质，称为芳香族化合物，可以被这些微生物生物降解——有或没有氧气的帮助。由于这些能力，芳香油在将土壤和沉积物中的有机化合物完全降解为二氧化碳的过程中发挥着重要的环境作用——这一过程也可用于生物土壤修复。

当前研究的目的是全面了解这种单细胞生物的功能。为此，研究人员使用五种不同的营养底物在有氧和缺氧条件下(即有氧和无氧)培养微生物。对于这十种不同的生长条件中的每一种，他们培养了25种培养物，然后使用分子生物学方法(技术术语：多组学)检查了各种样本，这使得能够同时分析细胞中所有转录的基因、产生的所有蛋白质和它所有的代谢产物。

“通过这种系统生物学方法，您可以深入了解生物体的所有内部运作方式，”奥尔登堡大学海洋环境化学与生物学研究所(ICBM)普通微生物学和分子微生物学研究组负责人拉布斯解释道。).“你将细菌分解成单独的成分，然后你可以将它们重新组合在一起——在一个模型中，该模型可以预测培养物的生长速度和产生的生物量。”

通过他们细致的工作，研究人员对这株菌株的代谢反应有了全面的了解。他们发现大约200个基因参与了降解过程，并确定了哪些酶可以分解作为营养物质添加的物质，以及通过哪些中间体分解各种营养物质。科学家们将他们关于代谢网络的发现整合到一个生长模型中，并证明模型预测在很大程度上与测量数据一致。

拉布斯说：“我们现在可以用迄今为止只有极少数其他细菌才能做到的精确度来描述这种生物体。”他补充说，这种对细菌细胞内部运作的整体看法构成了更好地了解所分析菌株(和相关细菌)与其生物和非生物环境之间相互作用的基础，并且还可以帮助科学家更好地预测这些细菌的活性污染土壤中的单细胞生物，因此，例如，确定修复受污染场地的最佳条件。

通过结合不同的方法，该团队能够发现这些细菌新陈代谢中意想不到的机制。令研究人员大吃一惊的是，这种微生物会产生几种在给定生长条件下无法使用的酶——乍一看，这似乎是一种多余的能量消耗。

“通常情况下，细菌细胞会检测其环境中是否存在氧气，然后通过特定机制，使用相应的酶仅激活营养特异性代谢途径，”Rabus解释说。但是对于某些底物，无论氧气水平如何，微生物都会产生用于有氧和厌氧降解途径的所有酶——尽管其中一些酶是完全多余的。

Rabus怀疑这种明显的浪费实际上是一种在不稳定环境中生存的策略。“即使氧气水平突然波动——这在自然环境中经常发生——Aromatoleum仍然保持灵活，可以利用这种营养物质并根据需要产生能量，”微生物学家解释说，并补充说到目前为止，还没有其他细菌知道使用这种机制。