马克斯·普朗克学会 微小藻类的季节性爆发在海洋碳循环中起着重要作用
现在，周围神秘事物的一个新细节被揭开了
学分:马克斯·普朗克海洋微生物研究所/G
Reintjes 北海的每个春天，微小的藻类大量生长，并向水中释放大量的糖分——这是细菌的盛宴
马克斯·普朗克海洋微生物研究所和格雷费尔德大学的科学家们现在已经研究了细菌菜单的顺序:首先是容易消化的美味食物，然后是耐嚼的食物
只有通过研究对理解海洋碳循环至关重要的特殊细菌蛋白质，才有可能获得这一认识
每年出现的藻类水华对我们的气候起着重要作用，因为它们从大气中去除了大量的二氧化碳
然而，它们是短暂的现象
一旦藻类死亡，大部分碳就会释放到水中
在那里，细菌已经在等着把它们消灭掉，吃掉藻类的残骸
以前的研究表明，在这些水华中，每年都会有不同的藻类出现在顶端
然而，在随后降解藻类的细菌中，同样的特殊群体年复一年地盛行
显然不是藻类本身，而是它们的成分——首先是糖分子链，即所谓的多糖——决定了哪种细菌会茁壮成长
然而，细菌对藻类盛宴反应的细节仍未完全了解
宏蛋白质组学:大量研究细菌蛋白质 因此，本·弗朗西斯与来自马克斯·普朗克海洋微生物研究所、格雷费尔德大学和不来梅大学海洋环境科学中心的同事们现在对细菌内部进行了更仔细的观察
弗朗西斯解释说:“我们决定以一种叫做宏蛋白质组学的方法为中心，这种方法包括研究微生物群落中的所有蛋白质，在我们的例子中是海水。”
“特别是，我们研究了转运蛋白，它的活性对于理解细菌细胞摄取藻类糖至关重要
“在宏蛋白质组数据中，科学家们发现这些转运蛋白随着时间的推移发生了明显的变化
弗朗西斯继续说道:“我们发现，预计参与摄取不同类型多糖的转运蛋白的丰度发生了显著变化。”
“这表明细菌一开始主要集中在‘易降解’的底物上，如海带多糖和淀粉
后来，他们继续攻击由甘露糖和木糖组成的“更难降解”的聚合物
" 一个接一个的糖 换句话说，细菌先走捷径，只有当食物吃完后，它们才会瞄准有嚼劲的食物
这种转变何时发生？本·弗朗西斯和他的同事们发现了两种可能的触发因素:要么在对容易获得的食物来源的竞争变得更加激烈时发生，因为细菌在这种茂盛的环境中繁殖迅速，因此细胞数量增加
或者，它更多地依赖于藻类:一旦藻类爆发停止，更多的藻类死亡，更多的硬基质积累，它们成为一个可行的食物来源
尽管来自不来梅和格雷费尔德的科学家们已经研究了北海藻类和细菌大量繁殖的动力学很长时间了，但这一时间进程至今仍未被发现
“将最先进的蛋白质组学技术与样品制备方法相结合，特别是考虑到这些极具挑战性的样品的高度复杂性，使我们能够建立一个包含20 000多个蛋白质组的最全面的蛋白质组数据集
这些数据揭示了转运蛋白的底物特异性随时间变化
在用于研究细菌多样性的相应宏基因组数据组中，这些变化是不可见的”，格雷费尔德大学的多特·贝歇耳说
“这清楚地表明，我们需要深入挖掘，以了解支配海洋碳循环的潜在生态过程
“在解决海洋碳循环这一高度复杂的难题时，量化转运蛋白的确可能成为一个重要的环节
方法的结合允许新的见解 “这项详细的‘元蛋白基因组学’研究结合了格雷维尔德大学在复杂环境样品中蛋白质鉴定和定量方面的卓越专业知识和我们在分子微生物生态学方面的专业知识，”该项研究的合著者、不来梅马克斯·普朗克海洋微生物研究所所长鲁道夫·阿曼说
“我们的结果表明，北海复杂的异养微生物群对浮游植物水华的反应不仅表现在底物驱动的一系列反复出现的细菌物种上，而且表现在转运蛋白和降解酶表达的明显变化上
“最终，这将是各种方法的结合，将提高我们对分子、酶反应和海洋碳循环速率的认识，这是预测和管理大气二氧化碳水平的先决条件
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