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Nat Commun:利用海绵动物体内的细菌清除环境中的砷和钡

来源:生物谷 2017-03-03 22:48


图片来自以色列特拉维夫大学。

2017年3月3日/生物谷BIOON/---砷是地球上的主要淡水污染物,影响着全世界上百万人,并且每年导致数不清的死亡。清除地下水和淡水中的砷仍然是科学家和政策制定者面临的重大挑战。如今,在一项新的研究中,来自以色列特拉维夫大学的研究人员阐明了一种独特的砷生物解毒方法。相关研究结果于2017年2月24日在线发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“Sponge-associated bacteria mineralize arsenic and barium on intracellular vesicles”。

根据这项新的研究,栖息在隋氏蒂壳海绵(Theonella swinhoei)中的细菌Entotheonella是已知的细菌保护它的宿主免受金属中毒的几个例子之一。Entotheonella保护这些海绵免受砷和另 一种被称作钡的常见毒素的威胁。

论文共同作者、特拉维夫大学生命科学学院动物学系的Micha Ilan教授说,“这种独特的海绵物种是如今生活在地球上的最为古老的动物之一,也是各种各样的数量庞大的微生物的家园。这 些固定附着的动物经过进化,含有内部的化学库和相关的菌群来应对捕食者和疾病。”

一种有趣的发现

在此之前,Ilan和他的同事Boaz Mayzel博士在研究这种居住在红海和印度-西太平洋地区中的海绵物种的生物学行为时,就已发现这种海绵在淡水中堆积和聚集砷的能力比海水中强100万倍(PLoS ONE, 2014, doi: 10.1371/journal.pone.0099918)。

在当前的这项新的研究中,论文通信作者、特拉维夫大学生命科学学院动物学系的Ray Keren博士猜测一种细菌参与这种解毒。确实,在经过大量的测试后,发现单个细菌物种促使砷和钡堆积 。

Keren博士说,“我们不仅发现单个细菌物种促进砷和钡堆积,我们也发现这种细菌让这两种毒性元素矿物化,在它的细胞内以一种可控制的方式将它们转化为惰性产物。海绵被乌龟和蠕虫吞 食,而且即便它们含有大量的砷,这种细菌也让它们变成非毒性的。它们变成生物学上的惰性。这是一种非常独特的生物模型。”

这些特拉维夫大学研究人员与来自以色列理工学院的Boaz Pokroy教授和来自美国劳伦斯伯克利国家实验室先进光源的Sirine Fakra博士合作开展研究,利用前沿技术验证他们采用一种扫描显 微镜的反向散射模式获得的初步发现。Keren博士说,“在观察到细菌Entotheonella样品的首张图片一周内,Pokroy教授就将这种样品带到欧洲同步辐射实验室中。在那里,他观察到钡经矿 物化产生重晶石,而砷形成一种未知的矿物质晶体。”

还需开展更多的研究

随后的衍射分析揭示出这种未知的矿物质事实上是砷酸钙。Fakra博士随后在低于冰点的低温条件下证实了这些矿物质的存在。

Ilan教授说,“若要使得这种独特的解毒方法适用于其他的情形,我们需要某种程度上将注意力从这种海绵动物中移开。换言之,在我们人类能够利用这一点之前,还需开展更多的研究。”

这些研究人员当前正在探究这种细菌用来控制这些元素矿物化的机制。Keren博士说,“一旦我们鉴定出参与这一过程的酶,我们能够在污染的水中的细菌内寻找它们,或者发现一种方法在污 染的区域培养细菌Entotheonella。”(生物谷 Bioon.com)

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原始出处:

Ray Keren, Boaz Mayzel, Adi Lavy et al. Sponge-associated bacteria mineralize arsenic and barium on intracellular vesicles. Nature Communications, Published online: 24 February 2017, doi:10.1038/ncomms14393.

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