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海洋所發現深海熱液微生物基于硫化鎘納米顆粒利用光能新機制

  820日,國際微生物學期刊Environmental Microbiology在線刊發題為“Formation of cadmium sulfide nanoparticles mediates cadmium resistance and light utilization of the deep-sea bacterium Idiomarina sp. OT37-5b的文章,報道了海洋所孫超岷研究組關于深海熱液細菌基于硫化鎘納米顆粒利用光能的新發現,為解釋深海微生物是否能夠利用光能及發展新型光學納米材料提供了新的理論依據和物質基礎。 

  深海熱液口是一種非常特殊的極端生境,溫度高、重金屬含量高,但同時也孕育了豐富的生物類群,是研究深海生物極端環境適應機制乃至生命起源的理想場所。深海熱液口在活躍狀態下不斷噴發熱量并產生微弱的光,被認為可能是光合生物的起源地,也可能孕育其它特殊光能利用生物,但一直沒有得到證實。

  孫超岷研究組在沙忠利研究員提供的深海熱液樣品中分離到一株細菌Idiomarina sp. OT37-5b,在前期研究中發現該菌能耐受并脫除較高濃度的鎘離子,在額外添加半胱氨酸的情況下,耐受及脫除能力得到大幅提升,并形成了大量硫化鎘納米顆粒。借助分子微生物、蛋白組學等手段,研究人員確定了介導微生物形成硫化鎘納米顆粒的酶分子,為后期高效生產硫化鎘光學納米材料提供了良好的功能酶。最令人驚奇的是,研究人員偶然發現該菌能夠借助形成的硫化鎘納米顆粒利用光能進行能量合成,以更好地適應深海貧瘠的生態環境。進一步借助蛋白組學手段,研究人員發現該菌能夠驅動硫化鎘納米顆粒吸收光電子并進入氧化磷酸化過程進而產生能量。該研究首次發現熱液口微生物在適應重金屬脅迫的同時能夠巧妙利用納米光學材料的光電子吸收特性,變不利因素為有利因素,為適應深海極端環境進化出了一種特別的光能利用機制,也為探索深海光能利用潛在途徑乃至是否存在特殊光合作用提供了良好的研究材料和新視角。 

  實驗海洋生物學重點實驗室博士研究生馬寧為文章第一作者,孫超岷研究員為通訊作者。研究得到中科院戰略先導專項及大洋協會“深海生物資源計劃”等項目聯合資助。 

  論文DOI:  10.1111/1462-2920.15205; 

  論文鏈接:https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1462-2920.15205 

 

深海熱液細菌基于硫化鎘納米顆粒利用光能模式圖 


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