中科院团队揭示微生物代谢的确定性动力学规律

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@小白创作中心

中科院团队揭示微生物代谢的确定性动力学规律

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来源

http://www.360doc.com/content/24/0920/12/50786598_1134552955.shtml

微生物厌氧代谢是生物地球化学循环的关键驱动因素，影响着生态系统的功能以及自然环境和人工环境的健康。然而，人们对微生物与有机代谢物之间错综复杂的相互作用的时间动态仍然了解甚少。

近日，中国科学院生态环境研究中心邓晔研究员团队在微生物代谢领域取得重要突破。该团队在《Microbiome》期刊上发表题为"Unveiling the deterministic dynamics of microbial meta-metabolism: a multi-omics investigation of anaerobic biodegradation"的研究论文，揭示了微生物代谢的确定性动力学规律。

研究背景

微生物厌氧代谢是生物地球化学循环的关键驱动因素，影响着生态系统的功能以及自然环境和人工环境的健康。然而，人们对微生物与有机代谢物之间错综复杂的相互作用的时间动态仍然了解甚少。

研究方法

该研究结合宏基因组学和代谢组学数据来发现模拟厌氧消化（AD）实验中微生物厌氧代谢的动态机制。在识别溶解有机物（DOM）代谢物、推断生物转化及其与微生物活动的联系的基础上，重点研究了厌氧条件下整体和特定的动态代谢模式。该研究的假设如下：（i）组装过程可以阐明DOM代谢物的连续周转，类似于微生物群落动态，代谢物组合和微生物群落之间存在和谐的相互作用；（ii）微生物群落在整个过程中表现出代谢策略的权衡，这可以使用从代谢证据中得出的一般原理来理解；（iii）微生物对代谢物的选择取决于微生物的生态功能和分子性状，并受特定环境条件的影响。

研究结果

在代谢物的周转和组装过程中，同质选择占主导地位，在第12天达到84.05%的峰值。在微生物和代谢物的组成和组装过程中观察到一致的动态协调。

微生物推动了确定性代谢物周转，从而导致反应器中分子转化的一致性。此外，由于含氮有机生物转化的热力学更有利，微生物优先进行从含氮化合物到含硫化合物的顺序降解。同样，由于营养物质耗竭和热力学劣势，C18类脂质分子的代谢策略可以从合成转变为降解。这表明群落生物转化热力学成为分解代谢和合成代谢的关键调节器，在群落层面上塑造代谢策略的转变。

此外，微生物与代谢物的共现网络呈现围绕以产甲烷为中心的微生物代谢功能而构建，其中CH4是网络的枢纽。微生物聚集了具有不同分子特征的分子，并根据其代谢能力进行模块化。它们与高分子量分子建立了越来越积极的关系，促进了资源获取和能量利用。这种代谢互补和物质交换进一步突出了微生物相互作用的合作性质。