科学家在海水样本中发现迄今最大的海洋细菌

研究人员正在收集海水样本，作为海洋单细胞真核生物和相关生物调查的一部分。

新浪科技讯北京时间4月20日，据外媒报道，科学家在海水样本中发现了最大的海洋细菌，它可以从太阳光线中获取能量。

几年前，一台价值80万美元的高精度医用荧光活性细胞分选仪被悬挂在起重机上，准备装载到海洋研究船上。与此同时，海洋微生物生态学家亚历山德拉·瓦尔登(Alexandra Walden)和他的同事们准备在大西洋起航，收集单细胞真核生物并将其分离出来，用于单细胞全基因组测序。这项海洋研究活动还在太平洋寻找古细菌、细菌和其他与微生物有关的生物。沃尔登和他的同事希望收集海水样本并带回实验室进行分析，但这种做法可能会影响样本的生物多样性，因此他们最终决定将实验室迁至调查地点。

起重机运转非常平稳，细胞分类器安全地登上了船。研究人员和船员开始了一次航行。他们收集海水样本，用荧光染色的细胞制作食物液泡，标记那些主动进食的生物，并将海水样本送到细胞分选仪中筛选出荧光染色的细胞。结果表明，筛选出的细胞大部分是鞭毛细胞，即以细菌为食的捕食性真核生物。之后，研究小组不仅对原核生物的基因组进行了测序，还在鞭毛细胞中寻找细菌和古细菌。沃尔登说，我们一开始没有发现什么，但我们仍然非常热衷于这项海洋调查。

海洋调查结束后，博士后大卫·尼德曼决定挖掘冷冻海水样本，以确定是否有细菌。结果，尼德曼发现了海洋中最大的细菌和第二种感染捕食性原生动物的细菌。沃尔登说:“通过寻找普通的微生物候选者，我们最初忽略了一种具有独特组合结构的重要细菌。”

目前海洋中最大的细菌被命名为“ChoanoVirus”，有87000个碱基。这种细菌的基因组非常大，其蛋白质编码尤其令研究人员兴奋。在数百个蛋白质序列中，沃尔登领导的研究小组发现了三种视紫红质，它们是存在于人类和其他生物的一些细胞膜上的光加工受体。比如视网膜需要视紫红质才能看到物体。这个细菌基因组也在视网膜中合成β-胡萝卜素分子和酶类物质，β-胡萝卜素在视紫红质中也起光敏作用。相比之下，人类和大多数真核生物都具有部分视紫红质机制，必须从外界资源获取β-胡萝卜素才能形成视网膜。

为了发现细菌视紫红质在鞭毛宿主中的可能作用，研究人员在大肠杆菌中表达细菌序列，发现光触发蛋白质并开始泵送质子。可能这些细菌实际上是在帮助细胞从太阳中获取能量。沃尔登说:“这种情况在掠夺性细胞中是绝对出乎意料的。它是一种具有新功能的细菌。其功能在宿主生物中不存在。”

一些生物利用视紫红质从阳光中产生化学能，这不是新发现。几十年前，科学家报道嗜盐古菌利用视紫红质产生能量。2000年，Warden的研究同事Ed Delang指出，海洋细菌利用视紫红质捕捉光能。此后，海洋生物学家在海洋微生物中发现了这种特殊的代谢模式。2019年，瓦尔登领导研究人员分析了海水样本中视紫红质的丰度，并估计在海洋的某些区域，视紫红质从阳光中获得的能量比叶绿素多。

这项最新研究首次表明，细菌显然具有掠夺性单细胞生物的功能。研究人员推测，当有机物缺乏时，鞭虫会通过视紫红质机制获得能量，或者帮助它们加速新陈代谢。

这项研究的结论使我们试图理解宿主致病影响之外的感染过程。或许ChoanoViruses和其他细菌有一些生存优势。它们不会感染宿主并溶解细胞以传播更多的细菌。这一概念在人类病毒学领域得到了支持，但在海洋领域仍是一个新概念。此前，海洋细菌受到的科学关注较少。到目前为止，科学家已经发现了海洋细菌与其宿主之间存在共生关系的间接证据。