Home > News and Events > Research News > Research press releases in Chinese > 关于蓝细菌生产能量方式的老结论被推翻

关于蓝细菌生产能量方式的老结论被推翻

Main Content

Filed under:
15 December 2011
bacteria

布莱恩特团队在一种叫聚球藻sp. PCC 7002的藻青菌上做了生物化学和基因分析,筛选出了能完成能量循环的一种新酶的基因。 来源:宾州州立大学布莱恩特实验室

Note: The English-language version of this press release is available here.

据2011年12月15日的报道,一个被广为接受了44年的猜想被一位教授带领的研究团队推翻。这个猜想是关于某几种细菌怎样产生能量和合成细胞物质的。这位教授是具有欧内斯特·波拉德(Ernest C. Pollard)讲师资格的宾州州立大学生物技术系的唐纳德·布莱恩特(Donald Bryant)教授,他同时担任蒙大纳州立大学化学与生物化学系的一名研究教授。这项研究已在2011年12月16日发表在《科学》杂志上。论文旨在帮助科学家探索通过基因工程用细菌生产生物燃料的新方法。生物燃料是来自于生物原料的富含能量的化合物。这个新发现恐怕要改写在教科书里已有44年历史的‘事实’了。

布莱恩特说,在1967年两组科研人员得出结论:蓝细菌里一个重要的产生能量的循环并不完整。蓝细菌能进行光合作用,以前也叫蓝绿藻。这个能量循环叫三羧酸(TCA)循环,也叫克雷布斯循环,包括一系列有关新陈代谢的化学反应。这些化学反应存在于细菌、霉菌、原生生物和动物体等大多数生命中。这一系列化学反应最终产生ATP,一种为细胞新陈代谢提供能量的分子。“在44年前的研究中,研究人员认为蓝细菌缺少了一种存在于大多数生命中并是新陈代谢的必不可少的酶”布莱恩特解释,“他们认为蓝细菌没有基因能合成2-氧戊二酸盐脱氢酶(2-oxoglutarate dehydrogenase)。缺少这种酶的细菌不能合成TCA循环中下一个反应所需的底物:琥珀酰辅酶A(succinyl-coenzyme A)。人们推测缺少这个反应的细菌将不能通过氧化代谢物的方式来提供能量,但是细菌仍然可以利用这个不完整的TCA反应循环来产生生物合成作用所需要的一些底物。实际上,这些研究人员的研究还不够透彻,这个研究还没完。”

布莱恩特怀疑这个几十年的老结论需要用新的视角和科学方法重新研究。他说,在六十年代科学家们得出关于蓝细菌的TCA反应循环不完整的结论后,后来用现代基因研究方法的研究人员一直在重复这个错误的猜想。“我们认为这个1967年得出来的结论根本就不对,因为现代基因标记法于此也有一定责任”布莱恩特说,“计算机算法用遗传密码串来识别基因。有时候重要的基因会由于配对错误而被直接忽略掉,当序列相似的基因有很大的功能差别时,这种情况就会出现。所以如果研究人员不用生物化学方法去证实计算机识别的基因功能,他们得出关于细菌里到底有什么或者没什么的结论很有可能是过早的,甚至是错误的。”

 

diagram of a cycle

三羧基酸(TCA)循环包含了新陈代谢的一系列化学反应。这些反应存在于细菌、霉菌、原生物和动物等大多数生命中。来源:宾州州立大学布莱恩特实验室

为了重新验证1967年得出的猜想,研究小组在一种名叫聚球藻sp. PCC 7002(Synechococcus sp. PCC 7002)的蓝细菌上使用了新的生物化学和基因研究方法。他们通过仔细筛选整个基因组的方法来寻找可能存在的另一种能完成能量循环的酶。科学家发现这种聚球藻确实有基因能编码另外一种很重要的酶——琥珀酸半醛脱氢酶(succinic semialdehyde dehydrogenase)。与此基因相邻的一种被错误识别的基因能产生一种新酶,叫2-氧戊二酸盐脱羧酶(2-oxo-glutarate decarboxylase)。“结果这两种酶一起完成TCA循环,但在反应步骤上有细小的差别”布莱恩特说,“就是这些细菌虽然不合成2-氧戊二酸盐脱氢酶,但却合成琥珀酸半醛脱氢酶和2-氧戊二酸盐脱羧酶。后两种酶的组合作用使这些细菌能合成琥珀酸盐,从而完成TCA循环。”布莱恩特还说,他的小组发现,除了一些海生的蓝细菌外,基本上所有的蓝细菌基因组上都存在这两种酶的基因。布莱恩特论文的合作撰写者叫张数一(Zhang Shuyi),是宾州州立大学生物化学和分子生物系的一个研究生。

布莱恩特希望能用他的研究结果来开发出生产生物燃料的新方法。“现在我们能更好的理解蓝细菌怎样产生能量,下一步也许可以通过基因工程的方法用蓝细菌菌株来合成1,4丁二醇(1,4-butanediol)。1,4丁二醇是产生生物燃料和制造塑料的原料”布莱恩特说。

布莱恩特还说他们小组对蓝细菌的发现说明科学是一个不断进步的过程。严谨的结论不应从阴性的研究结果中得出。“不幸地,关于蓝细菌TCA循环不完整的结论已经被写在了很多教科书上,就因为1967的研究人员没发现他们预期的2-氧戊二酸盐脱氢酶”布莱恩特说,“不过科学是无止境的,新事物总能被发现。”

这项研究由美国空军科学研究办公室和美国能源部的基因科学计划提供支持。

本文作者:卡特里娜·沃斯

联系人:

唐纳德·布莱恩特:814-865-1992, dab14@psu.edu

芭芭拉·肯尼迪:814-863-4682, science@psu.edu

翻译:

李懿昭: yql5163@psu.edu

Document Actions

Share this page: |
Filed under: