Risforskere analyserer rollen som ferredoxinproteiner, der produceres, når virale fager ændrer elektronoverførsel i havets bolig, fotosyntetiske bakterier, der producerer ilt og lagrer kulstof. Når virussen (pink) inficerer bakterierne, det producerer et ferredoxinprotein, der kroger sig ind i bakteriens eksisterende elektriske struktur og ændrer dets metabolisme. Kredit:Ian Campbell
Under havets overflade, en virus kaprer metabolismen af den mest rigelige organisme på jorden. Det kan være af interesse for os ovenstående, der trækker vejret.
Forskere fra Rice University analyserede rollen som ferredoxinproteiner produceret, når fager ændrer Prochlorococcus marinus 'evne til at lagre kulstof og modvirke drivhusgaseffekten som følge af fossilt brændstofforbrug.
P. marinus er en fotosyntetiske cyanobakterier, der hovedsageligt er bosat i troperne og subtroperne, hvor anslået 10-til-27 (en oktillion) af dem bruger sollys til at producere ilt og lagrer samlet fire gigaton kul årligt. Noget af dette kulstof giver kritiske råstoffer til andre marine organismer.
Men fager er ikke deres venner. Virussen styrker sig selv ved at stjæle energi, bakterierne producerer fra lys, omprogrammering af offerets genom for at ændre, hvordan det overfører elektroner.
P. marinus og dens kulstoflagringsmekanisme er følsomme over for temperatur, så det holder øje med, hvordan klimaændringer varmer havene og udvider dets rækkevidde, sagde Ian Campbell, en risdoktorforsker og hovedforfatter af undersøgelsen i Journal of Biological Chemistry .
"Væksten i omfanget af denne organisme i havene kan øge det samlede kulstof, der lagres af disse mikrober, "sagde han." Alternativt de vira, der inficerer disse bakterier, kan ændre kulstoffiksering og potentielt forhindre gigaton i kulstof i at blive taget ud af luften årligt, ifølge en nylig fremskrivning. "
Campbell sagde, at målet med undersøgelsen var at undersøge de forskellige måder, hvorpå vira interagerer med deres værter. I processen, forskerne opdagede fagvagterne kontrol af elektronstrømmen i selve værten, genoptræning af bakteriernes stofskifte. "Når virussen smitter, det lukker produktionen af de bakterielle proteiner og erstatter det med sine egne varianter, "sagde han." Jeg sammenligner det med at sætte et andet operativsystem i en computer. "
Forskerne brugte syntetiske biologiteknikker til at blande og matche fag- og cyanobakterielle proteiner for at studere, hvordan de interagerer. En del af undersøgelsen ledet af Rice biokemiker George Phillips bestemte også for første gang strukturen af et centralt cyanofagferredoxinprotein.
"En fag ville normalt gå ind i en celle og dræbe alt, "sagde Rice syntetiske biolog Jonathan Silberg, undersøgelsens hovedforsker og direktør for universitetets systemer, Program for syntetisk og fysisk biologi.
"Men Ians resultater tyder på, at disse fager etablerer en kompleks kontrolmekanisme, "sagde han." Jeg vil ikke sige, at de har zombificeret deres værter, fordi de tillader cellerne at fortsætte med at lave noget af deres egen husholdning. Men de tilslutter også deres egne ferredoxiner, som strømkabler, for at finjustere elektronstrømmen. "
I stedet for at arbejde direkte med cyanofager og P. marinus, Campbell og hans team brugte værktøjer til syntetisk biologi til at omprogrammere meget større, bedre forståede Escherichia coli-bakterier til at udtrykke gener, der efterlignede interaktioner mellem de to.
"At tage en fag og en cyanobakterie fra havet og forsøge at studere biologien, især elektronstrøm, ville være virkelig svært at gøre gennem klassisk biokemi, "Sagde Silberg." Ian tog bogstaveligt talt partnere fra både fag og vært, sætte dem sammen ved at kode deres DNA i et andet cellulært system, og kunne hurtigt udvikle nogle interessante resultater.
"Det er en interessant anvendelse af syntetisk biologi for at forstå komplekse ting, som ellers ville være vanskelige at måle, " han sagde.
Forskerne har mistanke om det protein, de modellerede i E. coli, Prochlorococcus P-SSM2-fagferredoxin, er ikke noget nyt. "Folk vidste, at fager koder for forskellige ting, der foretager elektronoverførsel, men de vidste ikke, hvordan de skulle forbinde ledningerne mellem fagen og værten, "Sagde Silberg." De vidste heller ikke meget om fagets udvikling. Strukturen gør det klart, at denne fag kan spores til specifikke forfædres proteiner, der er involveret i fotosyntese. "
Sidste artikelMikrobielle cyborgs:Bakterier, der leverer strøm
Næste artikelGennemstrømningselektroder gør brint 50 gange hurtigere