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钓鱼寻找新型纤维素降解剂

一箱诱饵是飞蝇钓最重要的设备之一。设计有羽毛或金属丝来模仿昆虫或特定动作,每种诱剂都是用来吸引特定捕获物的诱饵。由美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)的Tanja Woyke领导的研究人员开发了一种类似的技术,这是位于劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)的DOE科学用户设施办公室。现在,通过单细胞筛查,他们可以识别具有特定功能特征的微生物。当他们在地热温泉中的微生物群落上测试筛选方法时,他们发现了一种通常以低丰度发现的新型纤维素降解细菌。

众所周知,微生物是地球生物地球化学循环的主要贡献者,但绝大多数仍未耕种和未知。面临的挑战仍然是要了解更多有关任何给定生态系统中存在的微生物(尤其是那些丰度低的微生物)及其在社区中的功能角色的信息。这项研究显示了功能驱动的单细胞筛查如何发现更多有关纤维素降解微生物的信息。这项新技术是微生物生态学家进一步了解微生物酶多样性的另一种工具,微生物酶可能在工业过程中具有大量潜在应用。

JGI研究人员开发了一种功能驱动的单细胞筛选器,他们将其描述为“钩和诱饵”方法,用于分离降解纤维素的微生物。他们首先将单个微生物与用作“诱饵”的荧光标记的纤维素颗粒结合,然后通过“荧光”激活细胞分选的“钩”分离出颗粒,将细胞分为几个小池,然后是整个基因组扩增和shot弹枪测序。该团队首先在细菌实验室模型上对该方法进行了测试,以为其性能提供参考,然后将其应用于内华达州大沸泉地热田的环境样品中。为了从捕获的基因组中验证预测的纤维素酶,研究小组随后使用了DNA合成和克隆方法,接着进行了蛋白质体外表达和基于质谱的酶活性测定。

当屏幕上捕获了已知降解纤维素的几种微生物时,研究人员也着迷并能够为新型候选门金细菌的一个新属水平成员重建高质量的共组装基因组草图。他们为这种微生物提议了白色念珠菌Cargidatus Cellulosimonas argentiregionis。

这项工作是应用功能驱动的基因组学的一个例子,沃伊克和她的同事将其定义为“导致从单个细胞或细胞群落中进行基因组测序的任何形式的功能富集”,该方法可以进一步发展为除纤维素降解外,还具有特定功能的诱饵,可从复杂的环境样品中挑出未培养的目标微生物。

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