大肠杆菌K-12 Keio在高通量筛选赤潮藻类中的细菌代谢产...

大肠杆菌K-12 Keio在高通量筛选赤潮藻类中的细菌代谢产物的应用

水生生物是大型生态网络的一部分，许多生物在整个生命周期中都通过这种网络相互影响。近几十年来，对藻类和细菌之间不同类型的生态相互作用（包括共生和共生）进行了大量研究，试图阐明这些相互作用的潜在工业应用。这些研究表明，特定细菌可以改变藻类的生长反应和生理机制，这些现象导致了有趣的工业利益，例如藻类的絮凝和油脂积聚，以及提高了生物量的生产率。先前对细菌与微藻相互作用的研究表明，藻类的生长反应可以被各种细菌代谢物改变，例如吲哚-3-乙酸，维生素B12和细菌铁载体。这些研究表明细菌代谢产物是藻类种群和生理的主要调节剂。

对细菌代谢产物及其生态影响的研究不仅为其工业用途及其生态学研究提供有用的信息，而且还为控制水生环境中有害藻华（赤潮，HABs）提供了信息。近年来，气候变化加剧了HABs的发生，这已成为一个主要的生态问题。有害生物有害生物不仅严重破坏水生生态系统，而且对渔业产生不利影响，并可能通过生物蓄积或生物放大作用损害人类健康。已经提出了几种控制HAB的策略，包括化学处理-使用高锰酸钾和硫酸铜，以及使用泵，屏障和过滤器进行机械控制。生物治疗方法是使用生物体（如杀藻细菌和病毒）控制HAB的另一种策略。对于采用生物学方法，至关重要的是表征细菌相互作用的代谢产物，以评估可能的环境风险和机理反应。

为了鉴定细菌相互作用的代谢产物，Hee-Sik Kim团队使用大肠杆菌K-12突变文库应用了高通量筛选方法。Keio集合，包括大肠杆菌K-1228中所有非必需基因的所有单基因敲除突变体。

筛选显示，与野生型大肠杆菌相比，大肠杆菌K-12中共有80个基因敲除突变体，导致藻类生长增加了约1.5倍。从筛选中鉴定了参与脂多糖（LPS）（或脂寡糖，LOS）生物合成的五个细菌基因（lpxL，lpxM，kdsC，kdsD，gmhB）。与野生型相比，在这些细菌中检测到的LPS水平相对较低。此外，合成LPS补充后微藻生长的浓度依赖性降低表明LPS抑制藻类生长。LPS的添加以浓度依赖性方式增加了2,7-二氯二氢荧光素二乙酸酯的荧光以及脂质过氧化介导的丙二醛形成的水平，表明氧化应激可能源于LPS的添加。此外，补充LPS还显着降低了多种形成花白藻的鞭毛藻和绿藻的生长。研究结果表明，基于Keio集合的高通量体外筛选是鉴定交互式细菌代谢产物和相关基因的有效方法。

【文章来源】doi.org/10.1038/s41598-020-67322-w