一种神秘的遗传结构

作者: Takeko

来源: https://newscenter.lbl.gov/2022/10/19/methane-eating-borgs-have-been-assimilating-earths-microbes/

发布日期: 2022-10-29 20:34:57

研究团队在以甲烷为食的微生物中发现了不同寻常的DNA结构,这些结构被命名为博格,因为它们包含从许多生物中吸收的基因。这些DNA包可能在环境过程中发挥重要作用,如碳循环,并可能有助于对抗气候变化。

在著名科幻故事《星际迷航》中,博格人是一些冷酷无情、具有蜂巢集体意识的外星种族,他们的目标是同化所有其他生物,并最终达到完美,掌控整个星系。然而,在我们这个非虚构的地球上,博格是一种可以帮助人类对抗气候变化的DNA包。去年,一组研究团队在一种名为Methanoperedens的以甲烷为食的微生物中,发现了一种不同寻常的DNA结构,这种结构似乎能够提高生物的新陈代谢率。

研究者受到《星际迷航》的启发,将这些遗传元件命名为博格,因为其中的DNA包含从许多生物中吸收的基因。这些DNA包或许能够在环境过程中发挥重要作用。论文已于近日发表在《自然》上。Methanoperedens是可以分解土壤、地下水和大气中的甲烷来支持细胞代谢的古菌。古菌是类似细菌的单细胞生物,但它们代表着生命世界中另一个独特的分支。

尽管这类微生物有着特殊的本领,但通常认为,它们不如那些利用光合作用、氧气或发酵获得能量的微生物那么常见。甲烷是最强效的一种温室气体,它捕获热量的能力是二氧化碳的30倍,估计约占人类造成的全球变暖的30%。以甲烷为食的微生物可以清除大气中的甲烷,这在地球系统过程中发挥了巨大的作用。

在新的研究中,研究团队定期对不同栖息地的微生物取样,以了解微生物正在使用哪些有趣的基因进行生存,以及这些基因如何影响着一些关键元素的全球循环。科学家发现了许多不同类型的ECE,他们称之为博格。利用先进的基因组分析工具,科学家发现,博格中许多序列与实际Methanoperedens基因组中的甲烷代谢基因很相似。

一些博格甚至编码了所有必要的细胞机器,只要它们在一个能够表达基因的细胞里,就可以开始吃甲烷。

根据推测,博格可能用于帮助代谢的被Methanoperedens吞噬的整个微生物的残留片段。这可能很像古老的植物细胞利用曾经自由生活的光合微生物,获得了我们现在所说的叶绿体,还有古老真核细胞成就了今天线粒体的故事。根据序列的相似性,被吞噬的细胞可能是Methanoperedens的一个亲戚,但在博格中发现的基因整体多样性表明,这些DNA包是从广泛的生物中吸收而来的。

自从去年这篇论文在预印本上发布后,团队已经开始了后续工作,从而更好地了解博格可能如何影响生物和地质过程。一些研究人员正在梳理来自其他微生物遗传材料的数据集,寻找证据表明博格与其他物种共同存在。此外,他们还继续进行了一些实地项目,比如对东河河漫滩的微生物进行全年采样,从而评估博格的丰度和其他已知参与甲烷循环的微生物的季节性变化,以及它们与甲烷的季节性通量产生了怎样的联系。

或许有朝一日,精心培养的带有博格的微生物,可以用来降低甲烷水平,甚至遏制全球变暖。

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