德国研究：海洋细菌合作合成维生素B12的配体交换机制
德国研究：海洋细菌合作合成维生素B12的配体交换机制
德国奥尔登堡大学的研究人员在《Nature》杂志上发表了一项重要研究，揭示了海洋微生物通过共生合作合成维生素B12的机制。这项研究不仅增进了我们对海洋生态系统中微生物相互作用的理解，也为维生素B12的生物合成提供了新的思路。
维生素B12：一种独特的含钴维生素
维生素B12（Vitamin B12）是一种含钴的水溶性维生素，在饲料、食品、保健和医疗行业都有广泛应用。广义上，维生素B12是指一组含钴化合物（即钴胺素），包括氰钴胺、腺苷钴胺素、羟钴胺素和甲基钴胺素等。狭义上，通常所说的维生素B12是氰钴胺的简称，其衍生物则包括腺苷钴胺素、羟钴胺素和甲基钴胺素等。
维生素B12根据用途可分为医药级、食品级和饲料级。氰钴胺维生素B12一般是指医药级维生素B12，其衍生物主要用于药品。维生素B12主要参与制造骨髓红细胞，具有防止恶性贫血、防止大脑神经受到破坏等作用，临床主要用于治疗巨幼红细胞性贫血等疾病，也有报道显示可用于治疗前列腺癌及多发性硬化症等。
维生素B12分子结构
维生素B12是唯一含有金属元素的维生素，其分子的核心是一个与钴离子配位的咕啉环结构，结构极其复杂，咕啉环上总共有多达9个手性碳原子，化学合成难度很高。自然界中的维生素B12都是微生物合成的，工业上维生素B12基本上只通过微生物发酵生产。
微生物如何合作合成维生素B12？
在海洋生态系统中，微生物扮演着至关重要的角色，它们不仅参与了生物地球化学循环，还影响着全球气候和生态平衡。维生素B12作为大多数海洋原核生物和真核生物必需的辅酶，其合成和循环机制一直是微生物学研究的热点。
德国奥尔登堡大学的Gerrit Wienhausen等人在《Nature》杂志上发表了题为“Ligand cross-feeding resolves bacterial vitamin B12 auxotrophies”的研究文章，揭示了两种维生素B12营养缺陷型细菌如何通过共生合作来合成和共享维生素B12。
研究方法
- 基因组分析：通过测序和生物信息学工具分析微生物的基因组数据，揭示其生物学特性和代谢途径，如维生素B12的合成路径。
- 共培养实验：在实验室条件下同时培养两种或多种微生物，研究它们之间的相互作用和共生关系。
- 荧光原位杂交（FISH）：利用荧光标记的特异性探针检测和定位特定的微生物，分析微生物群落结构和动态。
研究发现
研究团队发现，两种维生素B12营养缺陷型细菌可以通过互补不同的维生素B12构建模块来合作合成维生素B12。具体来说：
配体交叉“饲喂”：科尔韦尔氏菌（Colwellia sp.）可以合成并释放活化的下游配体α-核唑（α-ribazole），这种配体被玫瑰变色菌（Roseovarius sp.）用来产生咕啉（corrin）环并合成维生素B12。
噬菌体诱导与维生素B12释放的关联性：Roseovarius sp.的噬菌体在Colwellia sp.存在时被诱导，这可能与维生素B12的释放相关联。Colwellia sp.的后续生长可能是由于Roseovariu sp.裂解细胞提供了维生素B12。
海洋微生物中维生素B12合成潜力的广泛性：通过分析海洋细菌基因组，研究团队揭示了维生素B12合成潜力在海洋微生物中的分布情况。在热带大西洋西部和北部，能够回收钴啉醇酰胺（cobinamide）并仅合成活化的下游配体的细菌数量可能超过了维生素B12的生产菌。
这项研究为我们理解海洋和其他生态系统中营养缺陷型微生物的B12供应提供了新的视角，也为维生素B12的生物合成提供了新的思路。