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高度关注抵抗各种应激的黑真菌

来源:生物谷 2016-11-20 17:29


2016年11月20日/生物谷BIOON/--因高度抵抗各种应激,黑真菌(black fungi)是微生物中的真正冠军。在奥地利科学基金会(FWF)的支持下,来自奥地利维也纳市的一个研究团队发现这种真菌的抵抗性质归因于迄今为止并不为人所知的蛋白和细胞水平上的特殊过程。

它们是真正的存活艺术家,不论在寒冷条件下还是在炎热时都存活得很好。不论它们的环境是否提供少量或丰富的氧气,是潮湿的、咸的或干燥的,或者存在污染的土壤,黑真菌都能适应和感到轻松自在,即便是在最恶劣的生活条件下,也是如此。它们是如何做到这样的呢?

Katja Sterflinger陈述到,“令我们非常吃惊的是,这些真菌几乎没有表现出任何应激反应。这意味着它们的结构中存在的某种东西让它们内在地抵抗应激。”在奥地利科学基金会(FWF)的支持下,这名微生物学家利用一种人工气候室来模拟这些真菌在北极和沙漠等极端气候地区中遇到的不同应激状态。她首先观察到这些真菌的细胞或者更加准确地说,它们的蛋白如何对寒冷、炎热、臭氧或干旱作出反应。

独特的“蛋白工具”

Katja Sterflinger是奥地利自然资源与生命科学大学(University of Natural Resources and Life Science)维也纳生物技术研究所(Vienna Institute of BioTechnology, VIBT)“极端微生物中心(Extremophile Center)” 主任。这些专门为VIBT研究所建造的人工气候室和对前沿的测序技术的采用使得首次鉴定黑真菌的蛋白成为可能。Sterflinger注意到,“这是非常困难的,这是因为它们并不类似于或比得上我们迄今为止观察到的其他东西。”如今,Sterflinger团队已了解到这些“微菌落真菌(microcolonial fungi)”具有一种独特的蛋白系统而能够让它们在0° C或45° C时生长。这些真菌甚至在模拟的到火星的旅程中存活下来。它们所需做的全部事情就是进行一些较小的分子调节。Katja Sterflinger注意到,“依赖于环境是炎热的还是寒冷的,这些真菌将发生一点变化。但是,它仅仅是微调。”就这些真菌而言,这实际上是一种非常明智的行动,这是因为任何显著的变化都会消耗能量。这些真菌并不需要这种情形,因此即便冰川或石头等低营养物环境中,它们仍然保持活性。

理解细胞过程

在接下来的步骤中,Sterflinger团队将获得的蛋白数据与转录组数据进行匹配。该团队发现相比于非编码RNA(ncRNA),这种细胞秘密似乎与蛋白存在更少的关联性。这些ncRNA分子在细胞中是有活性的,但是并不翻译为蛋白。尽管迄今为止,它们的生物学功能大多数还未得到确定,但是如今人们已知它们在调节多种细胞过程中发挥着重要作用。毕竟,仅有2%的遗传物质才被翻译为蛋白。

“皮炎外瓶霉”的非凡能力

在Sterflinger团队迄今为止研究过的上百种真菌菌株中,“皮炎外瓶霉(Exophiala dermatitidis)”经证实是一种与众不同的极端微生物。人们在从寒冷到温暖的所有温度下都发现这种被称作“黑酵母(black yeast)”的微真菌,而且能够经受一切。Katja Sterflinger解释道,“它在冰块上的生长就像是在桑拿浴中一样,而且不幸的是,也在我们的洗碗机中生长。它具有成为一种人类致病菌的不好性质。”这是这种真菌的不好一面。就它的正面而言,它非常擅长降解碳氢化合物,即毒素。正是这种好的性质让这些来自“极端微生物中心(Extremophile Center)”的微生物学家发起第二项得到FWF资助的项目:他们筛选200多种黑色酵母,以便寻找用于清理废气和污染土壤的生物学“清洁剂(cleaner)”。除了从外瓶霉属(Exophiala)之外,他们发现仅仅另外一种真菌能够降解环境毒素。不幸的是,第二种真菌也与人类致病菌菌株存在紧密的亲缘关系,这意味着利用它们作为生物过滤器的计划暂时被搁置了。

医学热点

相反,Sterflinger团队如今着重关注医疗问题,并且着手更加密切地研究致病性的“皮炎外瓶霉”的分子,这是因为这种真菌不仅会感染具有较弱免疫系统的人,而且也日益增加地感染具有平均良好健康的个人。根据Sterflinger的说法,这种真菌的极端应激耐受性很可能与它的致病性相关联。“这是一个我们仍然了解不够多的领域。我们的目标是更多地发现这种真菌的毒力因子。”(生物谷 Bioon.com)

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参考文献:

[1].Yet Environmentally Friendly? Black Fungal Candidates for Bioremediation of Pollutants.
Geomicrobiology Journal (2016). DOI: 10.1080/01490451.2015.1052118

[2].Microcolonial Fungi on Rocks: A Life in Constant Drought?
Mycopathologia (2012). DOI: 10.1007/s11046-012-9592-1

[3].Proteome of tolerance fine-tuning in the human pathogen black yeast Exophiala dermatitidis.
Journal of Proteomics (2015). DOI: 10.1016/j.jprot.2015.07.007

[4].From Glacier to Sauna: RNA-Seq of the Human Pathogen Black Fungus Exophiala dermatitidis under Varying Temperature Conditions Exhibits Common and Novel Fungal Response.
PLOS ONE (2015). DOI: 10.1371/journal.pone.0127103

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