西北大学 铜绿假单胞菌在木糖赖氨酸脱氧胆酸钠(XLD)琼脂平板上的培养
信用:疾控中心/公共领域 当人类含铁量低时，他们往往会感到虚弱、疲劳和头晕
这种疲劳会阻止缺铁性贫血患者为了保存能量而进行锻炼或努力
同样，在低铁环境中，微生物通过减缓碳加工和从矿物中提取铁来生存
然而，这种策略需要微生物投入宝贵的食物资源来生产溶解矿物质的化合物
鉴于这一悖论，研究人员希望了解微生物如何在铁含量太少而无法茁壮成长的环境中维持生存策略
铁对碳代谢至关重要，因为它是参与加工碳的蛋白质所需要的
但是因为氧气使环境中的可溶性铁含量减少，细菌通常在铁的限制下运行，需要关闭或显著减少碳的摄入
通过观察土壤中的一组细菌，西北大学的研究人员发现，这些生物通过改变代谢途径来产生铁清除化合物，从而克服了碳处理机制的局限性
这项研究首次使用代谢组学，一种监测细胞中碳流动的高分辨率技术，来研究铁对细菌细胞碳循环的影响
这项研究发表在今天的《美国国家科学院院刊》上
领导这项研究的是麦考密克工程学院土木与环境工程副教授拉德米拉·阿里斯蒂德
她的研究小组专注于了解涉及有机物的环境过程，以及对生态系统健康、农业生产力和环境生物技术的影响
在细菌的新陈代谢网络中，柠檬酸循环提供了制造除铁化合物所需的碳骨架
某些碳源的代谢从柠檬酸循环中产生更好的碳和燃料
铁缺乏的细菌有利于通过柠檬酸循环进行碳处理，以产生更多的铁清除化合物
阿里斯蒂德说，这一发现意义重大，因为研究表明，无机营养物质可以对有机过程产生直接影响
“碳代谢的层次结构强调了特定碳使用的选择性与无机物质密切相关，”阿里斯蒂德说
“要把这放在气候变化的背景下，我们需要了解是什么条件控制了土壤碳循环及其对二氧化碳的贡献
" 通过关注土壤中的假单胞菌物种，研究小组能够推断出其他物种
假单胞菌也作为人类和植物病原体存在于我们的肠道和环境的其他地方
阿里斯蒂德希望，因为她和她的研究人员选择研究的细菌无处不在，未来的研究将能够使用她的小组的发现作为路线图
过去的研究以较低的信息分辨率研究生物体行为
虽然科学家已经使用基因组学来预测基于识别和测量基因的物种新陈代谢中可能发生的情况，但阿里斯蒂德实验室使用物种的代谢组学来捕捉新陈代谢中实际发生的情况
他们的研究提供了线索，暗示许多其他生物和系统也可能采用类似的代谢策略
作为一名环境工程师，阿里斯蒂德说，她的研究领域完全是关于理解机制和预测像碳循环这样的环境过程的行为
除了碳循环和气候变化，这项研究还对植物和人类健康有影响
了解引起感染的细菌如何改变碳代谢以在它们的植物或人类宿主中竞争铁，可以使研究人员更好地设计靶向治疗
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