Новости

Apr 03, 2024

Кабельные бактерии с электрической связью с кислородом привлекают стаи разнообразных бактерий.

Nature Communications, том 14, Номер статьи: 1614 (2023) Цитировать эту статью 5264 Доступов 1 Цитирований 62 Подробности Altmetric Metrics Кабельные бактерии представляют собой нитчатые бактерии сантиметровой длины, которые

Nature Communications, том 14, номер статьи: 1614 (2023) Цитировать эту статью

5264 Доступа

1 Цитаты

62 Альтметрика

Подробности о метриках

Кабельные бактерии представляют собой нитчатые бактерии длиной в сантиметр, которые проводят электроны по внутренним проводам, таким образом связывая окисление сульфидов в более глубоких бескислородных осадках с восстановлением кислорода в поверхностных осадках. Эта активность вызывает геохимические изменения в отложениях, и другие группы бактерий, по-видимому, получают пользу от электрической связи с кислородом. Здесь мы сообщаем, что разнообразные бактерии плавают плотной стаей вокруг бескислородной части кабельных бактерий, дышащих кислородом, и сразу же рассеиваются, когда связь с кислородом нарушается (путем разрезания кабельных бактерий лазером). Рамановская микроскопия показывает, что скапливающиеся бактерии более окисляются, когда они ближе к кабельным бактериям, но физический контакт кажется редким и кратким, что предполагает потенциальный перенос электронов через неидентифицированные растворимые промежуточные соединения. Метагеномный анализ показывает, что большинство стайных бактерий являются аэробами, включая органотрофы, окислители сульфидов и, возможно, окислители железа, которые могут передавать электроны кабельным бактериям для дыхания. Ассоциация и тесное взаимодействие с такими разнообразными партнерами могут объяснить, как кислород через кабельные бактерии может влиять на микробные сообщества и процессы далеко в бескислородной среде.

Кабельные бактерии представляют собой длиннонитчатые бактерии, которые могут передавать электроны на сантиметровые расстояния и тем самым сочетать окисление сульфида с дистанционным восстановлением кислорода или нитрата1,2. Они встречаются во всем мире в морских и пресноводных отложениях и водоносных горизонтах3,4,5 и напрямую влияют на круговорот серы, кислорода, углерода и азота6. Посредством градиентов pH и электрических полей, вызванных перемещением электронов, они также косвенно влияют на цикличность железа, кальция, кобальта и мышьяка, а также на все потоки ионов в их среде обитания6,7,8,9. В пресноводных отложениях они могут вызвать 4,5-кратную стимуляцию сульфатредукции и резко снизить выбросы метана10,11.

Активность кабельных бактерий также связана с усиленной ассимиляцией углерода автотрофными сульфидными окислителями12 и коррелирует с распространением бактерий, перерабатывающих железо, в морских отложениях13. Эти очевидные ассоциации привели к предположениям, что бактерии в бескислородных отложениях каким-то образом могут использовать кабельные бактерии в качестве проводника электронов к кислороду14,15.

Здесь мы используем комбинацию микроскопических наблюдений, секвенирования метагенома, лазерной микродиссекции и рамановской микроскопии, чтобы продемонстрировать динамику и близость этой ассоциации, предварительно идентифицировать вовлеченные бактерии и предложить вероятный механизм переноса электронов между ассоциированными бактериальными скоплениями и кабельными бактериальными нитями. .

Кабельные бактерии из обогащения пресноводного штамма Ca. Electronema aureum GS16 наблюдалась в полуестественных условиях на предметном стекле микроскопа (так называемое траншейное предметное стекло), где кислород диффундировал с края покровного стекла, а органические вещества, сульфиды и другие питательные вещества поступали из осадка в центральной части покровного стекла. отсек (траншея)17,18. Эта установка установила зону наблюдения, где кабельные бактерии простирались от осадка до границы кислородно-бескислородной среды, которая была четко очерчена микроаэрофильной завесой из подвижных аэробных бактерий (рис. S1). В бескислородной части зоны, на расстоянии до 4 мм от кислородно-бескислородной границы, бактериальные клетки плавали стаей вокруг сегментов кабельных бактерий, обычно превосходя численность соседних клеток кабельных бактерий в 2,2:1 (рис. 1А, видео). S1, Таблица S1). Детальное отслеживание клеток показало хемотаксическое поведение по отношению к кабельным бактериям: скапливающиеся клетки были сконцентрированы вблизи нитей кабельных бактерий, с самой высокой плотностью клеток на расстоянии 20 мкм, но все еще увеличивалась плотность, по крайней мере, на расстоянии 50 мкм (рис. 1B, рис. , С2). Не было явного паттерна соприкосновения скапливающихся бактерий с кабельными бактериями, но с учетом ограничений разрешения обычных световых микроскопов и динамического характера взаимодействия, сдерживающего методы с более высоким разрешением, мы в настоящее время не можем исключать возможность возникновения касания; но если и так, то это было редко и кратковременно. Скорость плавания скапливающихся бактерий значительно увеличивалась на расстоянии 20 мкм (рис. 1C), что указывает на увеличение движущей силы протонов19,20,21. Доля бактериальных клеток, обнаруживаемая с помощью флуоресцентной гибридизации in situ (FISH) на расстоянии 10 мкм от кабельных бактерий, была значительно выше, чем на расстоянии > 10 мкм (таблица S2), что позволяет предположить, что они имели более высокое количество рибосом и, следовательно, более высокую метаболическую активность по сравнению с основной массой клеток. осадочные бактерии22. В совокупности это указывает на высокую скорость метаболизма внутри стада и метаболическую стимуляцию стайных бактерий при приближении к кабельным бактериям.