معلومة

كيف تجذب البكتيريا الزرقاء؟

كيف تجذب البكتيريا الزرقاء؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أرغب في جذب البكتيريا الزرقاء في مكان واحد على شيء ما (مثل القماش) بدلاً من جعلها تسبح في الوسائط. أسلوبي الحالي هو صبها على الجسم في دورق وانتظر حتى يتم ربط بعضها (صب المحصول للغاية).

الآن ، أفكر في جعل الكائن ينبعث منه الضوء. هل تعتقد أن البكتيريا ستسبح على طول الطريق إلى القماش لأن هناك منجذبًا للضوء؟

هل هناك طريقة أفضل لمساعدة البكتيريا على الالتصاق بالقماش؟


قد ينجح ذلك ، فقد تم الإبلاغ عن العديد من البكتيريا الزرقاء لتكون ضوئية. https://www.pnas.org/content/115/52/E12378


الفصل 11 - سيانوميكس: تقدم في مجالات بيولوجيا أوميكس البكتيريا الزرقاء مع إشارة خاصة إلى البروتينات وعلم النسخ

البكتيريا الزرقاء هي بدائيات النوى الضوئية الأكثر بدائية ، بما في ذلك الديازوتروفات المباركة بخلايا متخصصة مثبتة للنيتروجين ، أي كيسة غير متجانسة. تمكنها الطبيعة التغذوية الضوئية للبكتيريا الزرقاء من تثبيت النيتروجين في الغلاف الجوي ، وكذلك الكربون في حقول الأرز. على الرغم من هذه الحقيقة ، فقد جذبت بدائيات النوى الضوئية انتباه الباحثين دائمًا بسبب الاستخدام التطبيقي في العديد من المجالات مثل الوقود الحيوي والأسمدة الحيوية وصناعة التكنولوجيا الحيوية. ومع ذلك ، فإن الطبيعة الضوئية تجعل البكتيريا الزرقاء النموذج الأكثر جاذبية لبحوث العلوم الأساسية مثل علم الأحياء التطوري. علاوة على ذلك ، فإن توافر تسلسل الجينوم الكامل للبكتيريا الزرقاء يجعل عمليات التكيف مع الإجهاد والتطور أمرًا ممكنًا على مستوى النسخ والترجمة. لسوء الحظ ، حتى الآن ، فقط 85 جينومًا متسلسلًا بالكامل للبكتيريا الزرقاء المتاحة في قواعد البيانات ، وتشتمل معظم الجينومات المتسلسلة على جزء كبير من البروتينات غير المميزة (& gt50٪) بوظائف غير معروفة.

علاوة على ذلك ، يؤدي تسلسل الجينوم إلى تأسيس علم الجينوم الوظيفي ، والذي يشمل دراسة التغيرات الحية والديناميكية في الجينات والبروتينات وشبكات تفاعلها. يحاول هذا الفصل إطلاق العنان للإمكانات الحقيقية لهذه البكتيريا الزرقاء من خلال دراسة الجينات الوظيفية على مستوى الجينوم والنسخة والبروتينوم والأيض. تفتح الدراسة عبر الجينوم الوظيفي جوانب جديدة ورائعة لفهم عمل الجينات والبروتينات المختلفة للبكتيريا الزرقاء ، والتي بدورها يمكن أن تكون مفيدة لمختلف التطبيقات التكنولوجية الحيوية والصناعية.


Cycads: تاريخ الحياة وعلم البيئة

التفاعلات مع الكائنات الحية الأخرى ، أو التفاعلات الحيوية، تلعب دورًا مهمًا في بيولوجيا السيكاسيات ، خاصة في التلقيح ، نثر البذور ، والحصول على مغذيات النيتروجين.

كان يُعتقد منذ فترة طويلة أن التلقيح السيكاد هو حدث صدفة ، يتأثر فقط بالرياح. كان هذا مزعجًا بشكل خاص لفهم نجاح السيكاسيات الصغيرة في الغابات الاستوائية ، حيث توجد رياح قليلة ، وحيث أظهرت دراسات حبوب اللقاح أنه لا يوجد تقريبًا حبوب لقاح السيكاد في الهواء. أشارت التحقيقات الحديثة إلى أن الخنافس ، وخاصة السوس ، والنحل الصغير قد تقدم مساهمة أكثر أهمية في نقل حبوب اللقاح. أظهرت الدراسات أيضًا أن بعض السيكاسيات على الأقل ستنتج حرارة أو روائح لجذب ناقلات الحيوانات هذه.

بذور السيكاسيات كبيرة جدًا ، وغالبًا ما تكون البذور ذات الألوان الزاهية الأحمر والأرجواني والأصفر شائعة. يتم عرض هذه البذور الملونة مع نضوج المخروط والأوراق الحاملة للبذور منفصلة عن بعضها البعض ، حيث تجذب الألوان الطيور ومجموعة متنوعة من الثدييات التي تشتت البذور.

أحد أكثر التفاعلات الحيوية الجديدة بين النباتات هو الارتباط ببكتيريا التمثيل الضوئي ، مثل أنابينا. في السيكاسيات ، تكون البكتيريا الزرقاء محمية في جذور معدلة بشكل خاص لها مظهر المرجان ، وبالتالي تسمى الجذور المرجانية، كما رأينا أعلاه على اليسار. تنمو هذه الجذور خارج التربة ، بدلاً من أسفلها ، وبالتالي تتعرض للضوء الذي تحتاجه البكتيريا الزرقاء. في مقابل توفير هذا الموطن المستقر ، يكتسب السيكاد مغذيات النيتروجين من البكتيريا.

تنمو السيكاسيات في عدد من المناخات الاستوائية وشبه الاستوائية.

على الرغم من أنها غالبًا ما تكون من بين النباتات الكبيرة في بيئتها ، إلا أن السيكاسيات لم تعد مكونات وفيرة أو مهيمنة في نباتات العالم. توجد السيكاسيات الحالية في كل قارة باستثناء أوروبا والقارة القطبية الجنوبية ، ولكنها تقتصر على عدد محدود من المناطق في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية.

تنمو السيكاسيات في عدد من الموائل المختلفة. يمكن العثور على الأنواع كمكونات للغابات الفرعية في كل من الغابات المطيرة والغابات الجافة موسمياً ، أو أحيانًا كأعضاء في الغابة ظلة. تنمو السيكاسيات الأخرى في حوامل فضفاضة في الأراضي العشبية ، وتشكل نوعًا من السافانا. استثنائية بين السيكاسيات هي أنواع من إنسييفالارتوس، أحدها مرئي على اليمين ، والذي ينمو في شرق إفريقيا على ارتفاعات عالية جدًا. هنا يجب أن يتعاملوا مع الظروف القاسية للغاية - انخفاض هطول الأمطار والرياح القاسية والتربة الجافة - ويجب عليهم التعامل مع الصقيع والثلوج الكثيفة في بعض الأحيان أيضًا.

يمكن زراعة العديد من السيكاسيات في الهواء الطلق في كاليفورنيا وجنوب الولايات المتحدة ، لكن لا يبدو أنها تتسامح مع المناخ الأقل عدلاً في أجزاء أخرى من البلاد.

يواجه العديد من السيكاسيات انقراضًا وشيكًا.

اليوم لا يزال هناك عدد قليل فقط من السيكاسيات ، والكثير منهم يواجهون الانقراض المحتمل في البرية (مثل ميكروسكاس في غرب كوبا). تتعرض السيكاسيات لخطر الانقراض لأنها تعيش في موائل مهددة بالانقراض مثل الغابات الاستوائية ، ولأنها تنمو ببطء شديد وتتكاثر بشكل غير منتظم.

العديد من الأنواع انقرضت بالفعل في البرية. يتعرض الكثيرون للتهديد من تدمير الموائل ، والضغط من جامعي عديمي الضمير. ومع ذلك ، نظرًا لأوراقها الكبيرة الجذابة ، فقد وجد العديد من السيكاسيات منزلاً في الحدائق العامة والخاصة حول العالم. تم تنفيذ برامج تربية في العديد من المؤسسات للحفاظ على الأنواع المختلفة ، ولكن هذا صعب بسبب ضرورة الحفاظ على التنوع الجيني الموجود في التجمعات الطبيعية. لحماية المجموعات الطبيعية ، يشمل القانون الدولي الآن خمسة أجناس ، مما يحظر تجارة البذور التي يتم جمعها من البرية.

كل هذا الجهد قد لا يكون كافيا لإنقاذ السيكاسيات من الانقراض. احتفظت حديقة فيرتشايلد النباتية في فلوريدا بواحدة من أكثر المجموعات شمولاً في العالم من السيكاسيات الحية ، بما في ذلك العديد من الأنواع المهددة بالانقراض في البرية. تضررت الحديقة بشدة من إعصار أندرو في عام 1992 وتعرضت معظم النباتات غير الأصلية ، بما في ذلك معظم السيكاسيات ، لأضرار بالغة أو قتلت. تم نقل فريق SWAT النباتي من Missouri Botanical Garden إلى فيرتشايلد بينما كانت غيوم العاصفة تتلاشى. كان هدفهم هو إنقاذ أكبر عدد ممكن من النباتات ، والحفاظ على الباقي للدراسة المستقبلية.


كيف تجذب البكتيريا الزرقاء؟ - مادة الاحياء

البكتيريا الزرقاء هي مجموعة رائعة من البكتيريا التي تكيفت لاستعمار كل بيئة تقريبًا على كوكبنا. إنها بدائيات النوى الوحيدة القادرة على التمثيل الضوئي الأكسجين ، وهي مسؤولة عن ما يصل إلى 20-30 ٪ من إنتاجية التمثيل الضوئي للأرض. يمكنهم مواءمة أنظمة حصاد الضوء الخاصة بهم للتغيرات في ظروف الإضاءة المتاحة ، وإصلاح النيتروجين وإيقاع الساعة البيولوجية. بالإضافة إلى ذلك ، تظهر العديد من أنواع البكتيريا الزرقاء حركة مزلقة ويمكن أن تتمايز إلى أنواع خلايا متخصصة تسمى الكيسات غير المتجانسة ، وبعضها تكافلي. بفضل متطلباتها الغذائية البسيطة ، ومرونتها الأيضية ، والجينات القوية لبعض سلالات النموذج ، يمكن استغلال البكتيريا الزرقاء لاستخدامها كمصانع للخلايا الميكروبية لالتقاط الكربون وتخزينه ، وللإنتاج المستدام للأيضات الثانوية والوقود الحيوي. يعد فهم بيولوجيا الخلية خطوة أساسية لتحقيق ذلك.

في هذا الكتاب ، يستعرض كبار العلماء والباحثين الشباب الموضوعات الرئيسية الحالية في بيولوجيا الخلية الزرقاء البكتيرية لتقديم نظرة عامة في الوقت المناسب. تشمل الموضوعات التي يتم تناولها: الانقسام الخلوي للخلفية التاريخية ، يغلف الخلية ، استهداف بروتين غشاء الثايلاكويد ، النقل والتأقلم اللوني للجليكوجين الكربوكسيسوم كتخزين ديناميكي لحويصلات غاز السيانوفيسين الكربوني الثابتة ضوئيًا في التمايز الخلوي أحادي الخلية والخيطي في البكتيريا الزرقاء الخيطية والخلية- تنضم الخلية إلى البروتينات في البكتيريا الزرقاء المكونة للكيسات غير المتجانسة.

سيوفر هذا النص المتطور موردًا قيمًا لجميع العاملين في هذا المجال ويوصى به لجميع مكتبات علم الأحياء الدقيقة.

"يقدم هذا المورد معلومات محدثة. يعرض الأساسيات بالإضافة إلى ما هو معروف حاليًا ويتم البحث عنه ، مما يوفر الأساس لمزيد من التقدم" من Book News ، حزيران (يونيو) 2014

"أوصي بهذا الكتاب لكل طالب وعالم يعمل مع البكتيريا الزرقاء وأنا متأكد من أنه سيظل يُقرأ في غضون عشر سنوات." من Biospektrum (2014) 20: 827-828.

تلخص هذه المراجعة المعرفة الحالية للخصائص الكيميائية وهيكل الجليكوجين والاحتياطيات الشبيهة بالنشا في البكتيريا الزرقاء ، والأنزيمات المختلفة وتنظيم التخليق الحيوي للجليكوجين وتدهوره ، ووظيفة استقلاب الجليكوجين في البكتيريا الزرقاء. يتم التركيز بشكل خاص على أدوارها في كفاءة التمثيل الضوئي ، أثناء عملية تخثر النيتروجين وللحالة الثابتة للتفاعلات الابتنائية والتقويضية ، خاصة في ظل ظروف النمو غير المتوازنة.

7.5 كيلو دالتون) هو بروتين متحول ، يتبنى تشكيلين في ثنائى غير متماثل. تتجمع هذه في شريط أميلويد (أي ، مفتوح النهاية ، متقاطع وبيتا) يلتف حول محور الحويصلة في لولب ضحل ويقدم وجهًا أليفاتيًا إلى الداخل. من المتوقع أن يتسبب هذا الوجه الأليفاتي في تبخر الماء السائل من داخل الحويصلات الناشئة ويمنع تكثف الماء داخل الحويصلات الناضجة. يلتصق البروتين الثاني GvpC بقشرة GvpA ويقويها. لا يزال هناك الكثير لنتعلمه حول كيفية قيام أعضاء آخرين في gvp تتعاون الكتلة الجينية مع البروتينين الهيكليين الرئيسيين في تجميع وتفكيك الحويصلات. من الأمور ذات الأهمية الخاصة حقيقة أنه على الرغم من خصائص الأميلويد للحويصلات ، فإن الخلايا قادرة على تفكيكها ، من أجل النزول في عمود الماء وإعادة تدوير البروتين على ما يبدو من الحويصلات التي انهارت.

(EAN: 9781908230386 9781908230928 الموضوعات: [علم الأحياء الدقيقة] [علم الجراثيم] [علم الأحياء الدقيقة البيئية])


البكتيريا الزرقاء والطحالب الدقيقة كمصادر للأغذية الوظيفية لتحسين صحة الإنسان العامة وصحة الفم

في سيناريو المصادر الواعدة للأغذية الوظيفية والأدوية الوقائية ، تجذب الطحالب الدقيقة والبكتيريا الزرقاء الاهتمام العالمي. في هذا الاستعراض ، تم الإبلاغ عن الدور الحالي والمستقبلي للطحالب الدقيقة كمصادر طبيعية للأغذية الوظيفية لصحة الإنسان ، وعلى وجه الخصوص ، لصحة الفم من أجل تقديم نظرة عامة على أحدث التطورات بشأن تأثيرات الطحالب الدقيقة على الفم البشري. الصحة. من المعروف أنه نظرًا لغناها بالمنتجات عالية القيمة ، توفر الطحالب الدقيقة نشاطًا جيدًا مضادًا للالتهابات ومضادًا للأكسدة ومضادًا للأورام ومضادًا لنسبة السكر في الدم وخفض الكوليسترول ومضادًا للميكروبات. علاوة على ذلك ، تظهر نتائج البحث الحالي أن الطحالب الدقيقة يمكن أن يكون لها أيضًا تأثير كبير على صحة الفم: تتفق العديد من الدراسات على التطبيق المحتمل للطحالب الدقيقة للوقاية من سرطان الفم وكذلك لعلاج التهاب دواعم السن المزمن وأمراض الفم المختلفة ذات الأصل الجرثومي. . وبالتالي ، يمكن تنفيذ الآثار المفيدة للطحالب الدقيقة في المجالات الطبية المختلفة. يمكن أن تمثل الطحالب الدقيقة والبكتيريا الزرقاء بديلاً طبيعيًا محتملًا للعلاجات بالمضادات الحيوية أو مضادات الفيروسات أو مضادات الفطريات ، بالإضافة إلى مكمل جيد للوقاية والعلاج المساعد لأمراض الفم المختلفة. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتحديد السلالات ذات الأهمية ، وزيادة الأداء العام ، وإتاحة منتجات آمنة وفعالة لجميع السكان.

الكلمات الدالة: Chlorella vulgaris سبيرولينا بلاتنسيس Streptococcus mutans نشاط مضاد للميكروبات الطحالب الدقيقة صحة الفم.


نسخة من الحلقة

أليسون : مهلا! اسمي أليسون تاكيمورا ، وأنا جينوم إنسايدر ، بودكاست من معهد الجينوم المشترك التابع لوزارة الطاقة الأمريكية أو JGI. تبدأ هذه القصة المتدربة مع زميلتي في التواصل العلمي ، آشلي باب.

الرماد : إذن ، منذ مليارات السنين ، كان العالم مكانًا مختلفًا حقًا. كيف إذن انتقل كوكبنا من غير صالح للسكن إلى واحة بيولوجية ، مهيأة للحياة كما نعرفها؟

أليسون : الاجابة؟ البكتيريا الزرقاء!

ديفاكي : فكرت في هذا ، ثم أعتقد أن الطريقة اللطيفة للقول أنه وضعك في آلة الزمن. ونعود بالزمن إلى الوراء. لذلك إذا فكرت في الأمر ، فقد كان البشر هنا منذ حوالي 200000 عام. لذا فإن & # 8217s ليس نوع آلة الزمن التي أتحدث عنها. لا أتحدث عن آلة الزمن ديناصور منذ 65 مليون سنة. أنا & # 8217m أتحدث منذ حوالي ملياري سنة. وذلك عندما كانت البكتيريا الزرقاء تخترقه بالفعل. وهذا & # 8217s ظاهرة جميلة.

ديفاكي بهايا في الميدان ، 2008. (شبكة تنسيق البحوث)

أليسون : اسمي ديفاكي بهايا ، عالمة أحياء نباتية في معهد كارنيجي بجامعة ستانفورد. تدرس البكتيريا الزرقاء وكيف تتفاعل مع بيئتها والكائنات الحية الدقيقة الأخرى.

الرماد : هذه المخلوقات الصغيرة جدًا ، البكتيريا الزرقاء ، تقوم بعملية التمثيل الضوئي. هذا يعني أنهم يستخدمون ضوء الشمس لإنتاج الماء والطاقة على شكل كربون ثابت. كانوا أول الكائنات الحية التي تنتج الأكسجين ، ونحن نعلم ذلك بسبب هذه الحفريات التي تسمى ستروماتوليتس. تشكلت هذه بواسطة طبقات من البكتيريا الزرقاء منذ أكثر من ملياري سنة.

أليسون : بدون هذه الكائنات الحية الصغيرة ، ربما لن نكون هنا.

ديفاكي : يبدو الأمر عظيماً للغاية لأنه قبل ذلك ... كانت الأرض ناقصة الأوكسجين. لم يكن هناك أكسجين. لذلك هؤلاء الرجال في الواقع قاموا بتزويد العالم بالأكسجين.

أليسون : واتضح أننا لسنا أشكال الحياة الوحيدة التي تستفيد. غالبًا ما تعيش مجموعة كاملة من الكائنات الحية الأخرى جنبًا إلى جنب مع البكتيريا الزرقاء ، مستفيدة من الموارد القيمة التي توفرها.

ديفاكي : البكتيريا لا تعيش بمفردها. وهكذا ، دائمًا ما يكونون & # 8217re في المجتمعات. وأعتقد أن & # 8217s ستكون الحدود الجديدة العظيمة التي نهتم بها جميعًا هي ، كيف تعمل المجتمعات معًا.

أليسون : في عرض اليوم ، نتحدث إلى العلماء الذين يدرسون البكتيريا الزرقاء ويبحثون عن أدلة في جينوماتهم حول كيفية تطورها وكيفية تفاعلها مع الكائنات الحية الدقيقة الأخرى.

الرماد : تحاول ديفاكي وفريقها فهم كيفية عيش السيانوس - كما يحب الباحثون اختصار البكتيريا الزرقاء - في مجتمعهم الميكروبي. يريدون أن يعرفوا كيف تتغير على المستوى الجيني ، ولماذا؟

الرماد : لدراسة كيفية تفاعل البكتيريا الزرقاء في مجتمعاتهم الصغيرة ، انطلقت ديفاكي وفريقها في الميدان لجمع العينات. سافروا إلى حديقة يلوستون الوطنية ، في الركن الشمالي الغربي من وايومنغ. ولكن ، على الرغم من جمال المنتزه ، لا أعتقد أنه كان بإمكانهم اختيار بيئة أكثر تطرفًا لأخذ عينات منها!

دإيفاكي : كنت أفكر ، في المرة الأولى التي ذهبنا فيها إلى يلوستون كان الأمر أشبه بالسير إلى ما وُصف بأنه شكل الجحيم. 8217 الجو حار ، إنه كبريت ، كما تعلمون ، إنه خطير. هناك & # 8217s الطين المغلي. وأعني ، كان ذلك أمرًا لا يصدق.

أليسون : اختاروا موقعين مختلفين: Mushroom Spring ، وهو عبارة عن مسبح مسطح يتدفق منه البخار محاطًا بتراب بني محمر ، و Octopus Spring ، الذي يرقى إلى مستوى اسمه ... يحتوي على بركة مركزية كبيرة منتفخة تحيط بها حمامات سباحة خارجة عن النار تبدو وكأنها مخالب. كلا الينابيع مملوءة بالمياه العذبة التي يتم تسخينها بواسطة الصهارة العميقة تحت سطح الأرض.

الرماد : متوسط ​​درجة حرارة الماء ساخن إلى أكثر سخونة: من 60 إلى 90 درجة مئوية ، أو 140 إلى 194 درجة فهرنهايت.

أليسون : عفوًا ، هذا مثير!

الرماد : إذن ، يُعرف السيانوس الموجود في هذه البرك باسم المتطرفين ، أو عشاق هذه الظروف القاسية.

مصاطب ماموث هوت سبرينغز مصنوعة من الحجر الجيري الناعم وتتغير شكلها باستمرار مع تدفق المياه. ملحوظة: هذه المنطقة لم تدرسها ديفاكي وفريقها. (NPS / نيل هربرت)

أليسون : نظرًا لكونها شديدة الحرارة ، فإن هذه البرك تشبه الحياة على الأرض منذ حوالي ملياري عام. وفي السنوات الأخيرة ، تمت دراسة كلا البركتين في يلوستون جيدًا من قبل علماء آخرين. لذا فإن المعلومات الأساسية موجودة بالفعل ، مما يساعد هذا المشروع في الحصول على التوجيه.

دإيفاكي : بالنسبة لجميع الجمهور الذي يستمع إلى هذا ، أود أن أقول: اذهب إلى هناك لأنه لا يوجد شيء يمكن مقارنته برؤية تلك البيئة ومدى تنوعها ، ومدى صعوبة التضاريس.

أليسون : لكن البكتيريا الزرقاء ليست هي الأسهل للوصول إليها.

مايشيل : عليك أن تنزه لتذهب عينة بالفعل.

الرماد : هذه ميشيل دافيسون. بدأت العمل مع ديفاكي في عام 2006 أثناء حصولها على درجة الدكتوراه.

أليسون : أراد ديفاكي وفريق البحث أخذ عينات من السيانوس على مدار اليوم لمعرفة كيف يمكن أن يتغير التعبير الجيني. وفي إحدى المرات ، عندما كانت ميشيل في الخارج الساعة 2 صباحًا & # 8230 جيدًا ، كانت بخير ، لكن & # 8230

مايشيل : لقد ضاعت قليلاً في طريق العودة. ولم يكن لدي & # 8217t رذاذ الدب الخاص بي. لكن كل شيء سار على ما يرام.

الرماد : والينابيع التي كان على ميشيل أن ترفعها؟ هي على الإطلاق لالتقاط الأنفاس.

مآشيل : إنه & # 8217s هذا المرجل الفقاعي الجميل باللون الأزرق الذي يتلاشى في النهاية إلى اللون الأخضر مع انخفاض درجات الحرارة ويبدأ السيانوس في النمو.

تمتزج المياه الزرقاء الصافية في Emerald Spring ، في حديقة يلوستون الوطنية ، مع رواسب الكبريت الأصفر لإعطاء انعكاس أخضر مشرق. ملحوظة: لم تتم دراسة هذه المنطقة من قبل ديفاكي وفريقها ، والتي لا يمكن عرضها وفقًا لسياسة National Park Service. (NPS / جاكوب دبليو فرانك)

أليسون : مياه الينابيع نفسها زرقاء فاتحة وصافية ، والأخضر حول حواف الربيع مكونة من البكتيريا الزرقاء. يعيش السيانوس مع طبقات أخرى من الكائنات الحية وفوقها ، ويشكلون معًا ما يسمى "الحصيرة الميكروبية".

مايشيل : لذا فإن الحصيرة تشبه نوعًا ما نسيج مطاطي. إنه & # 8217s لأن هذه الكائنات الحية تخلق كل هذه السكريات وتخلق هذه المصفوفة.

وعندما تأخذ العينات ، فأنت تأخذ حفارًا أساسيًا ، في الواقع ، وأنت & # 8217re تأخذ عينة من الحصيرة ، سدادة من الحصيرة. وتبدو كواحدة من تلك الحلويات الفاخرة جدًا التي ستحصل عليها في مطعم راقٍ ، ولديك كل هذه الطبقات والطبقات وفي أسفلها ، لديك هذه الطبقة الرمادية الفحمية ، وهي الرواسب التي & # 8217s هناك. وبعد ذلك لديك هذه الطبقات البرتقالية.

أليسون : هذه الطبقات البرتقالية يسيطر عليها جنسان من البكتيريا ، روزيفلكسوس و الكلوروفليكسوس. وفقًا لميشيل ، هؤلاء هم "أصدقاء كسالى" للبكتيريا الزرقاء ، لأنهم يحصلون على جميع العناصر الغذائية من السيانوس الضوئي. كل هذه الكائنات الحية المختلفة تعيش معًا في مجتمع ميكروبي.

مايشيل : ويمكنك أن ترى أن هناك & # 8217 هيكل المجتمع هذا & # 8230. لذا فهو نظام جذاب للغاية للنظر إليه.

شريحة من عينة لب حصيرة. تم استخدام الطبقة الخضراء العليا لأخذ العينات الميتاجينومية وخلية واحدة. (ديفاكي بهايا)

الرماد: كما تعلم ، فإن العينة التي أخذتها ميشيل من الحصائر الميكروبية تذكرني نوعًا ما بالحلوى التي اعتاد جرامي صنعها من جيلو. كانت تبدأ بصنع نكهة واحدة ، ثم تضاف إليها نكهات وألوان أخرى ... في النهاية ، تبدو القطعة ، بكل طبقاتها الملونة ، وكأنها قوس قزح!

ولكنها ليس جيلو الذي نتحدث عنه. تتكون عينات الحصيرة الميكروبية هذه من كائنات حية وربما لا تكون لذيذة.

أليسون : يمكن أن تكون كل بيئة حصيرة ميكروبية فريدة من نوعها ، كما تختلف العناصر الغذائية التي يتم تبادلها داخلها اعتمادًا على من يوجد وما هو متاح. ولكن بشكل عام ، تستخدم البكتيريا الزرقاء الموجودة في الأعلى ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون لإنتاج الأكسجين والكربون الثابت. يقوم السيانوس أيضًا بإصلاح النيتروجين ، وسحبه من الهواء لجعله قابلاً للاستخدام. يقوم أعضاء آخرون في المجتمع بتسخير هذه العناصر الغذائية المتنوعة .

الرماد : عضو آخر في مجتمع الحصيرة الميكروبية هذا هو الأفاج الزرقاء. Phage تعني "الإبتلاع" في اليونانية ، وهذه الحشرات الزرقاء تتغذى على البكتيريا الزرقاء أو تصيبها. سنتحدث عنها أكثر بعد قليل ، ولكن في الوقت الحالي ، يجب أن تعلم أنهم جزء من ، إن لم يكن بالضرورة مدعوًا إلى ، حفلة الحصيرة الميكروبية.

أليسون : بمجرد أن جمعت ميشيل وزملاؤها عينات أساسية من الحصائر ، قاموا بتعبئتها وحفظها مجمدة بالثلج الجاف ، ثم شحنها إلى مختبرهم في ستانفورد. في المختبر ، أخذت ميشيل بعض العينات وبدأت العمل على عزل البكتيريا الزرقاء وتنميتها. لكنها سرعان ما أدركت أنها تبادلت في تحديات المجال ، لتحديات جديدة على مقاعد البدلاء.

مايشيل : شيء واحد يجب تذكره هو أن هذه الكائنات الحية التي نعمل معها ليست سوى عدة أجيال من البرية. هم & # 8217re في الأساس - هم & # 8217re ليسوا نموذجًا للكائنات الحية. لقد تم أخذهم من السجادة. ونقوم بتربيتها في المختبر. لكنهم ما زالوا مجهولين وحيوان بري.

الرماد : هذا يعني أن على ميشيل تجربة أدوات وتقنيات جديدة. كان أحد الأمثلة يتعلق بعزل البكتيريا الزرقاء البرية.

مآشيل : نظرًا لأن هؤلاء السيانو هم المنتجون الأساسيون للمجتمع ، فإن تنظيفهم أو الابتعاد عن الكائنات غيرية التغذية التي تريد التمسك بها ، والالتزام بها حرفيًا ، يمكن أن يكون صعبة . لذا كانت إحدى الحيل التي استخدمناها هي استخدام المحور الضوئي.

الرماد : الكائنات غيرية التغذية هي ميكروبات ، على عكس البكتيريا الزرقاء ، لا يمكنها إصلاح الكربون لصنع الغذاء لأنفسهم ... وهم يحاولون التخلص من البكتيريا الزرقاء. لذلك ، نظرًا لأن السيانوس عبارة عن عملية التمثيل الضوئي ، أدركت ميشيل أنها تستطيع فصل العينات باستخدام الأضواء لجذب السيانوس - مثل المغناطيس الذي يجذب برادة الرصاص.

ميشيل : ويتركون أصدقاءهم أو الطفيليات وراءهم ويتجهون نحو النور.

أليسون : تذكر عندما قلنا أننا سنعود إلى فكرة الأفاج الزرقاء أو الفيروسات , في الحصائر الميكروبية؟ حسنًا ، هذه اللحظة الآن. ميشيل وديفاكي هما بعد كل المعلومات الجينية التي يمكنهما الحصول عليها عن مجتمع الحصيرة الميكروبية. والآن ، يتضمن ذلك معلومات حول الفيروسات. لكن تحقيقاتهم لم تبدأ بهذه الطريقة.

الرماد : ظهرت الفيروسات في الصورة ، عندما كشفت بيانات التسلسل الأولية للفريق عن شيء يسمى كريسبر.

أليسون : CRISPR ، وهي اختصار للتكرار العنقودي القصير المتناوب المتناوب بانتظام ، هو الجهاز المناعي التكيفي للبكتيريا. تتكون تقنية كريسبر من تسلسلات قصيرة من الفيروسات التي واجهتها البكتيريا في الماضي ، حتى تتمكن في المرة القادمة من التعرف على هذه الفيروسات وإبطال مفعولها. من الميزات الرائعة لـ CRISPR أنه يتم تخزين قصاصات الحمض النووي الفيروسي - مثل الكتب في رف الكتب - بالترتيب الذي تمت مواجهتها. إنها مثل سجل تاريخي للعدوى.

الرماد : تم اكتشاف كريسبر لأول مرة في E. القولونية أنان 1987 ، لكنها ظلت لغزًا إلى حد كبير حتى منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. في ذلك الوقت تقريبًا ، وجد ديفاكي وميشيل مصفوفات كريسبر في بكتيريا الحصيرة الميكروبية. وفي ذلك الوقت ، لم يكن الفريق يعرف أهمية المصفوفات أو ماذا يفعل بها.

ديفاكي : ب سواء أكان ذلك أم لا ، فقد وجدنا بالفعل هذه الأشياء ووضعناها على الموقد الخلفي لأننا لم نكن نعرف ما هي. ثم انفجر العالم عندما ظهرت قصة كريسبر بأكملها. بدأنا في البحث فيه ومحاولة اكتشاف ، حسنًا ، هذا يروي لنا قصة.

الرماد : تحتوي البكتيريا على أعداد مختلفة تمامًا من المقتطفات الفيروسية ، تسمى "الفواصل" ، والتي تقع بين قطع كريسبر. ها هي ميشيل:

مايشيل : عندما نظرنا إلى الجينوم & # 8230 ، كان هناك تباين مثير للاهتمام بين البكتيريا الزرقاء و روزيفلكسوس و الكلوروفليكسوس بكتيريا. كان لديهم مصفوفات CRISPR التي كانت طويلة جدًا جدًا مثل بعض من أطولها ، 700 إلى مثل 700 فاصل شيء ، حيث كان لدى cyanos مثل 100. لذلك كان هذان الشخصان يعيشان جنبًا إلى جنب ، كان من الواضح أنهما كان لهما تفاعلات مختلفة جدًا مع فج على الرغم من أنهم كانوا يعيشون في نفس البيئة.

أليسون : اعتقد ديفاكي أن تسلسل فيروسات كريسبر يمكن أن يقودهم إلى أدلة حول كيفية تفاعل السيانوس والحيوانات المفترسة.

دإيفاكي : إنه يشبه إلى حد ما خطاف الصيد ، تلك القطع الصغيرة سمحت لك بالقول ، إذا وجدت هذا ، يمكنني نوعًا من معرفة من هو الفيروس الشريك. لذلك سرعان ما أوصلنا إلى ساحة لم نكن خبراء فيها ، وهو فهم علاقات المضيف والعاثية.

الرماد : لذلك قرروا توسيع نطاق تجربتهم. شرعت ديفاكي وفريقها في رحلة الغوص بعمق في تفاعلات مجتمع الحصيرة الميكروبية ، بما في ذلك الفيروسات.

ديفاكي : سنكون الآن ، ليس فقط قادرين على القيام بذلك من أجل cyanophage ، ولكن بالنسبة للمجتمع بأكمله ، سيكون لدينا فكرة عن هوية الفيروسات وكيف تتغير. هذا نوع من سباق التسلح ، أليس كذلك؟ الفيروس يتغير ، المضيف يحاول التغيير. ويمكننا محاولة فهم ذلك بطريقة أكثر تفصيلاً. أين يميل الفيروس إلى التحور ، وأين لا يستطيع أن يتحور. وأعتقد أن ذلك سيؤدي إلى فهم أعمق بكثير.

الرماد : لأن Devaki و Michelle أرادوا معرفة المزيد عن كيفية تفاعل الفيروسات والسيانوس ، فقد احتاجوا إلى الكثير من البيانات. عادة ، سيكون هذا عاملاً مقيدًا. لكن برنامج علوم المجتمع التابع لـ JGI ساعد في إزالة هذا الحاجز.

دإيفاكي : لذلك سمح لنا مشروع علوم المجتمع هذا بتوسيع نوع البيانات التي أردنا جمعها. والشيء الرائع في الأمر أنه لم يكن هناك حد لما يمكن أن نطلبه.

أليسون : الآن ، يبحثون عن أدلة وراثية في مجموعة بيانات لا نهاية لها على ما يبدو.

ديفاكي : الآن لدينا القدرة ، ونأمل على مدى السنوات الثلاث أو الأربع المقبلة ، أن نتعمق كثيرًا ونستخدم مجموعات بيانات مختلفة لطرح الأسئلة. وأعتقد ، بالتالي ، تقديم المزيد من التفاصيل والمزيد من الأفكار حول ما يبدو أنه مجتمع بسيط ، لكنه بعيد عن البساطة.

الرماد : لمحاولة فهم ما يحدث على المستوى الجيني في هذه المجتمعات المعقدة ، طلبت Devaki وفريقها من JGI ثلاثة أنواع مختلفة من مجموعات البيانات: metagenomes ، وتسلسل الخلية الواحدة للميكروبات ، والجينومات الفيروسية. وكانت التطورات في تقنيات التسلسل تقريبًا جيدة جدًا لدرجة يصعب تصديقها ، مما أدى إلى مزيد من البيانات أو "قراءات التسلسل" ، مما كانوا يتوقعون.

دإيفاكي : كنا قد طلبنا أم 50 م قراءة المليون شيء بهذا الترتيب لكل عينة. وعندما استعادنا التسلسل ، اتصل بي برايان وقال ، أنت تعلم أن هناك شيئًا خاطئًا هنا.

أليسون : إنها تشير إلى برايان يو ، وهو عالم أبحاث في Chan Zuckerberg Biohub. إنه عضو في فريق Devaki وكان يساعد في معالجة بيانات التسلسل التي أرسلتها JGI. قال على الهاتف في ذلك اليوم مع ديفاكي ،

دإيفاكي : لدينا 400 مليون قراءة. أنا متأكد من أنهم & # 8217 فعلوا شيئًا ، كما تعلمون ، لقد خلطوا بيننا - شيء ما. اتضح أن الأمر ليس كذلك ، لأن هذا & # 8217s كم عدد القراءات التي حصلوا عليها من التشغيل القياسي الآن. لذلك كان ما يقرب من ثمانية إلى عشرة أضعاف أكثر مما نطلبه د ل.

أليسون : لذا ، بدأ ديفاكي وميشيل وزملاؤهما في التحقيق في 400 مليون قراءة من البيانات - تم إنشاؤها من عينات الحصيرة الميكروبية في يلوستون حتى الآن. حاليًا ، لديهم بيانات ميتاجينومية ، مسح للحمض النووي الكلي في الحصيرة الميكروبية. مع كل تلك المعلومات الجينية ، كان على ديفاكي وميشيل اكتشاف كيفية تنظيم كل شيء.

ديفاكي : بمجرد حصولنا على البيانات. أعتقد أنه طرح مجموعة كاملة من التحديات. بعضها ، كما تعلم ، هو حقًا كيف تتعامل مع قواعد البيانات الكبيرة هذه. لكن السؤال الثاني كان ، كيف نبدأ في مشاركة البيانات ، وكيف نبدأ نحن كعلماء أحياء في فهم هذا الأمر حقًا.

يرجع اللون اللبني لحوض البورسلين الساخن في حديقة يلوستون الوطنية إلى الرواسب المعدنية اللبيدة السليكونية. ملحوظة: هذه المنطقة لم تدرسها ديفاكي وفريقها. (NPS / جاكوب دبليو فرانك)

الرماد : كان الباحثون يجلسون على ما أسموه كنزًا من البيانات ، وذلك بفضل برنامج علوم المجتمع التابع لـ JGI. اتضح ، هناك مورد آخر من وزارة الطاقة هناك للمساعدة.

دإيفاكي : وكان قليلا من الصدفة. كنت في الاجتماع السنوي لـ JGI وكان هناك فترة ما بعد الظهر ، وقالوا ، أنت تعلم أنه يمكنك الانضمام إذا كنت & # 8217d ترغب في الحضور والاستماع إلى ما تقدمه KBase.

الرماد : KBase لتقف على قاعدة معارف بيولوجيا الأنظمة. إنها وزارة الطاقة ، منظمة يمولها مكتب العلوم. KBase عبارة عن نظام أساسي قائم على السحابة لمساعدة العلماء على تحليل كميات هائلة من معلومات التسلسل ، مثل النوع الذي قد تحصل عليه من JGI.

أليسون : عمل فريق KBase مع Devaki و Michelle لإعداد ورشة عمل لمدة 4 ساعات للتعرف على مشروعهم وكيف يمكن أن تساعد KBase في تحليل الكميات الهائلة من بيانات التسلسل التي أنشأتها JGI.

إليشا : لقد ذهبنا لجزء من اليوم وعملنا بشكل مكثف إلى حد ما مع مختبرها ، وتحديدًا على بياناتهم ، فقط لفهم ماهية بياناتهم ، ونوع الأسئلة التي لديهم حول بياناتهم ، وما هو النوع النهائي من الأسئلة العلمية. شروط الكيفية التي أرادوا بها إلقاء نظرة على التحليلات.

الرماد : هذا إليشا وود-تشارلسون ، رئيس تفاعل المستخدمين في KBase. حصلت على درجة الدكتوراه في علوم البحار وأمضت سنوات في دراسة الميكروبات في البيئات البحرية. إنها ضمن فريق KBase لمساعدة Devaki و Michelle في تحليل بياناتهما من JGI. بالنسبة لفريق KBase ، كان من الممتع الغوص في بيانات تسلسل الحصائر الميكروبية.

ديلان : نظام ديفاكي رائع. & # 8217s أحد هذه الإعدادات التي & # 8217s ربما تمثل ظروف الأرض المبكرة ، أليس كذلك؟ ولهذا السبب تعتبر هذه الينابيع الساخنة جذابة للغاية كنظام للدراسة.

أليسون : هذا هو ديلان شيفيان. إنه عالم ميكروبي ومهندس ترميز في KBase. مع إليشا ، هو جزء من المجموعة التي توفر الموارد والأدوات لمساعدة فريق ديفاكي في تحليل بيانات الحصيرة الميكروبية.

ديلان : إن تركيزها على السيانوس يعطينا حقًا لمحة عن ما كانت عليه هذه الظروف ، كما تعلمون ، للتحول الكيميائي للأرض. لذلك فهو مذهل من مجرد تحقيق خالص في الطبيعة نفسها.

أليسون : وليس هذا فقط ، ولكن هذه السيانو مثيرة للاهتمام من منظور التكنولوجيا الحيوية ،

ديلان : نظرًا لقدرتها على العمل في هذه الظروف القاسية والظروف المحبة للحرارة وما إلى ذلك ، ينتهي بهم الأمر بامتلاك مواد كيميائية مثيرة جدًا للاهتمام.

أليسون : للدخول في الآليات الكامنة وراء كيمياء البكتيريا الزرقاء في الحصائر الميكروبية ، بدأ ديفاكي وميشيل بالبيانات الميتاجينومية من JGI ، والتي تم تنظيمها أو إهمالها. لقد جربوا طرقًا مختلفة لإعادة تنظيم البيانات للحصول على أكبر قدر ممكن من المعلومات ، وفي النهاية توصلوا إلى تعيين جينومات مجمعة لكائنات معينة.

الرماد : يعمل KBase مثل الكثير من الأدوات الأخرى المستندة إلى مجموعة النظراء - تقوم بتسجيل الدخول باستخدام اسم مستخدم وكلمة مرور ، ويتم نقلك إلى صفحة لوحة المعلومات. يمكنك البدء في العمل على سرد جديد ، والذي يشبه وصفة خطوة بخطوة توضح كيف قمت بتحليل بياناتك.

أليسون : You can think of KBase like a recipe book — you write down directions to make all of your favorite dishes, record the perfect times and temperatures, jot down the ingredient proportions that you’ve tested out, save different versions, and, then, when you’re ready, share them.

ASHLEIGH : For Devaki and her team, the option to share all of their steps and information with other scientists is really helpful.

دEVAKI : We have collaborations that are across countries. So we have a group in the UK. And the question is, how do we all share this data in an effective way? And KBase, I think, allows that. That’s one of the, what I see as a big advantage. It’s like sharing your notebooks but with data — and big data.

ALISON : That kind of transparency can help accelerate fundamental discoveries, which is good, because as Dylan puts it, with this kind of sequencing…

DYLAN : We’re talking about trying to understand the genetic potential of earth. And we just started scratching the surface of it.

ASHLEIGH : KBase is a platform that accelerates genomic analysis through crowdsourcing. And when researchers are ready to share their work, those analyses can be made available to everyone, in real time.

DYLAN : So that it doesn’t take us, you know, a hundred years to start to have a picture of how the earth really works. It’d be nice to have that a little sooner.

Black Pool, in Yellowstone National Park, once contained cyanobacteria but now is too hot to maintain this life form. Note: this area was not studied by Devaki and her team. (NPS / Jacob W. Frank)

ALISON : The pace of the coevolution, or the arms race, between cyanos and their phages is still a mystery. Now, the virus samples are being sequenced and the team eagerly awaits that data.

دEVAKI : The questions we ask can be much more reflective of the kind of things we care about.

ALISON : In addition to learning about cyanobacteria and their phages, the team is also hoping to explore how the system, the whole microbial community, is evolving.

ASHLEIGH : Fundamental research, like figuring out who’s there and how they’re adapting over time, can lead to unexpected discoveries that determine how these organisms could be harnessed in a lab or used as a model system. One example that the team discovered in phages were genes encoding lysozymes, an enzyme that the virus uses to hack through cyanobacteria cell walls.

MICHELLE : One thi ng that is really hard about cyanos is they are hard to break open. They are super hard to break open. … a viral lysozyme that’s been evolved in order to be able to lyse these types of cells, might be a very good tool that we could use in moving cyanos to be more of a model system, or in using them to create some sort of high value product.

ALISON : One example of a high value product? Biofuels. Because cyanobacteria fix carbon from sunlight, they produce carbohydrates and oily lipid molecules that could be used instead of fossil fuels. Breaking open their cell wall like a piñata would help release those goodies. Admittedly, Devaki may be a little biased, but she thinks cyanobacteria are kind of underappreciated by…

دEVAKI : …the Department of Energy. Cyanobacteria should be on their flagship, actually, because they do so much.

ASHLEIGH : Right now, Michelle is a scientist at the Pacific Northwest National Laboratory. She’s translating what’s been learned about microbial mat communities, to soil. Yep, it turns out that viruses are shaping the lives and genomes of microbes there too.

Understanding tiny little microscopic things, like viruses and microbes, helps us understand so much more about the world around us. But in a general sense, we know so little about viruses — like, how they work, or why they do the things they do. And the COVID-19 pandemic is yet another example of our lack of information. The outcome of Devaki and Michelle’s work takes us one step closer to understanding more.

ALISON : For Devaki, harnessing the resources at JGI and high tech tools like KBase, is opening a future filled with potential for new discoveries about cyanobacteria and their communities.

دEVAKI : I’m just absolutely excited about what the next year or two is going to bring in terms of us putting together all of this information into insights that we really didn’t have before.

ALISON : This episode was directed and produced by me, Alison Takemura and JGI’s intern, Ashleigh Papp, with editorial and technical assistance from Massie Ballon and David Gilbert. Ashleigh was the lead writer on this episode.

ASHLEIGH : Genome Insider is a production of the Joint Genome Institute, a user facility of the US Department of Energy Office of Science. JGI is located at Lawrence Berkeley National Lab in beautiful Berkeley, California.

ALISON : So much thanks to our guests Devaki Bhaya, Michelle Davison, Elisha Wood-Charlson and Dylan Chivian, for sharing their research.

ASHLEIGH : A shout out to the developers of KBase, a team that is spread across multiple labs including: Lawrence Berkeley, Argonne, Brookhaven, and Oak Ridge National Laboratories, as well as Cold Springs Harbor Laboratory, the University of Illinois at Urbana-Champaign, and the University of Tennessee.

ALISON : If you’re interested in trying out KBase, they offer tutorials and webinars, for free! Check ’em out at: k-b-a-s-e dot u-s.

ASHLEIGH : If you enjoyed the podcast and want to help others find us, leave us a review on Apple Podcasts, Google Podcasts, or wherever you like to get your podcasts. If you have a question or want to give us feedback, Tweet us @JGI, or record a voice memo and email us at jgi dash comms at L-B-L.gov. That’s jgi dash c-o-m-m-s at l-b-l dot g-o-v.

ALISON : And because we’re a user facility, if you’re interested in partnering with us, we want to hear from you! We have projects in genome sequencing, synthesis, transcriptomics, metabolomics, and natural products in plants, fungi, algae, and microorganisms. If you want to collaborate, let us know!

ASHLEIGH : Find out more at jgi.doe.gov forward slash user dash programs.

ALISON : And if you want to hear about cutting edge research in secondary metabolites, also known as natural products, then check out JGI’s other podcast, Natural Prodcast. It’s hosted by Dan Udwary and me. That’s it for now. See ya next time!


Phototaxis

Phototaxis is the ability of organisms to move directionally in response to a light source. تظهر العديد من البكتيريا الزرقاء انجذابًا ضوئيًا ، باتجاه مصدر الضوء وبعيدًا عنه. In the environment, the ability to move into optimal light conditions for photosynthesis is likely to be an advantage. We are particularly interested in how cells perceive light of different wavelengths the photoreceptors involved and the signal transduction cascade involved in this process.

To dissect the process of motility and phototaxis in Synechocystis sp. أنشأنا مكتبة من المسوخات الحركية التي تحمل علامات ترانسبوزون. تم تعيين العديد من هذه المسوخات ذات العلامات الحركية إلى جينات تشبه الانجذاب الكيميائي في المواقع التي أطلقنا عليها اسم موقع الضريبة. The roles of chemotaxis proteins in signal transduction are fairly well-understood in flagellated enteric bacteria, but much less so in other systems. Synechocystis sp. لديها ثلاثة مواقع ضريبية ، اثنان منها مشتركان في استجابات الحركة. Disruption of the tax1 locus (which contains a photoreceptor, TaxD1) produces mutants that are negatively phototactic while tax3 mutants are non-motile and have no pili. يتم وصف العديد من المسوخات الجديدة الشاذة في محور ضوئي باستخدام مناهج بيوكيميائية وجينية. We have developed a preliminary model of phototaxis and are developing a system to analyze phototaxis in thermophilic cyanobacteria isolated from microbial mats.

We have shown that in the model organism Synechocystis. ص. إن المحور الضوئي هو ظاهرة تعتمد على السطح وتتطلب النوع الرابع من الشعيرات بدلاً من السوط. Many Gram negative bacteria have Type IV pili, which are long multi-functional, proteinaceous surface appendages. Interestingly, Type IV pili are required for diverse functions such as social motility, host-pathogen recognition, the ability to take up exogenous DNA and in biofilm formation.

في الوقت الحالي ، نستخدم برامج الفحص المجهري للفيديو الفاصل الزمني وبرامج التتبع لمتابعة الخلايا الفردية والسكان لطرح أسئلة أساسية حول المعلمات التي تحكم الحركة. In collaboration with Doron Levy (Department of Mathematics, University of Maryland) we are modeling social dynamics in surface dependent motility. لقد أقمنا مؤخرًا أيضًا علاقات تعاون مع K.C. مجموعة Huang (قسم الهندسة الحيوية ، ستانفورد) لمحاكاة الحركة المعتمدة على السطح والتحكم فيها. It is likely that cells function as groups and dynamics of group communication may be mediated through pili and molecular signals such as cAMP. The role of communication is particularly relevant to microbial mats and other bacterial communities in natural environments.

MOVIES AND IMAGES: COMING SOON!

RELEVANT PUBLICATIONS (PDF version available under Publications)


Postdoctoral Fellow on Moss-Cyanobacteria Interactions, Sweden

The position is formally located at the department of Forest Ecology and Management, Swedish University of Agricultural Sciences (SLU), in Umeå Sweden. ال Post-doctoral Fellow will be jointly supervised by Professors Marie-Charlotte Nilsson Hegethorn and Thomas Moritz, both at SLU Umeå as well as Associated Professor Ulla Rasmussen at Stockholm University. The molecular identification work will be performed at the Swedish Metabolomics Centre, located at the research center Umeå Plant Science Centre (UPSC). UPSC is one of the strongest research environments for experimental plant biology in Europe.

The Post-doctoral Fellow will explore whether and when feather mosses release secondary metabolites to attract and repulse cyanobacterial filaments, and if so, to reveal their chemical identity. The Post-doctoral Fellow will work in a cross-disciplinary research group and carry out laboratory experiments using novel model systems with mosses and cyanobacteria as well as utilize advanced chemical instrumentation in order to characterize moss metabolite(s) underpinning the feather moss and cyanobacteria association. This work will provide advanced understanding of the consequences of moss metabolite profiles for moss-associated communities of cyanobacteria and contribute to a better understanding of the N economy of the moss, and C and N cycling processes in boreal forests that feather mosses drive.

The candidate:

  • should have a PhD degree in biology, biochemistry or in a related field.
  • should have a strong interest in research and be capable of developing the project independently and creatively.
  • It is meriting with experience in chemical analysis, especially chromatography – mass spectrometry techniques.
  • Proficiency in English is required.

As postdoctoral appointments are career-developing positions for junior researchers, we are primarily looking for candidates with a doctoral degree that is three years old at the most.

The application should contain the following written in English: 1) a cover letter describing yourself and your match to the above mentioned project 2) your motivation for the application and 3) your cv and publication list


Cycad Growth form

Cycad plants grow as trees and shrubs. They typically have short trunks topped off with a green crown of large compound leaves. In appearance they closely resemble palm trees, however, they are not closely related.

Most species do not grow more than a few meter tall. Hope’s cycad of Australia is one of the tallest species and is known to reach 20 m (65 ft.) in height. More primitive cycads were often much taller than the majority of cycad species that currently exist.

Stems are usually unbranched and fallen leaves of the past leave leaf scars that encircle the stem. Internally, stems are mostly made up of soft storage tissue rather hard than wood.

The roots of cycads look very unusual and are known as coralloid roots because they have a similar shape to coral. Their roots share an important relationship with the blue-green algae, cyanobacteria. The roots provide the cyanobacteria with protection while the cyanobacteria supplies the roots with nitrogen based nutrients.


Phytoplankton

سيراجع محررونا ما قدمته ويحددون ما إذا كان ينبغي مراجعة المقالة أم لا.

Phytoplankton, a flora of freely floating, often minute organisms that drift with water currents. Like land vegetation, phytoplankton uses carbon dioxide, releases oxygen, and converts minerals to a form animals can use. In fresh water, large numbers of green algae often colour lakes and ponds, and cyanobacteria may affect the taste of drinking water.

Oceanic phytoplankton is the primary food source, directly or indirectly, of nearly all sea organisms. Composed of groups with siliceous skeletons, such as diatoms, dinoflagellates, and coccolithophores, phytoplankton varies seasonally in amount, increasing in spring and fall with favourable light, temperature, and minerals.

Phytoplankton populations in the oceans have been shown to rise and fall according to cycles lasting several years to decades. However, scientists examining records of phytoplankton kept from 1899 to 2008 noted that phytoplankton biomass fell by 1 percent per year in 8 of Earth’s 10 ocean basins, resulting in a cumulative loss of roughly 40 percent. Rising sea surface temperatures over the same period are thought to be the primary cause of this decline.

محررو Encyclopaedia Britannica تمت مراجعة هذه المقالة وتحديثها مؤخرًا بواسطة Adam Augustyn ، مدير التحرير ، المحتوى المرجعي.


We thank Paul Hardy for critical comments on the manuscript.

Andersson, I., and Backlund, A. (2008). Structure and function of Rubisco. نبات فيزيول. بيوتشيم. 46, 275�. doi: 10.1016/j.plaphy.2008.01.001

Beckmann, J., Lehr, F., Finazzi, G., Hankamer, B., Posten, C., Wobbe, L., et al. (2009). Improvement of light to biomass conversion by de-regulation of light-harvesting protein translation in كلاميدوموناس رينهاردتي. J. Biotechnol. 142, 70�. doi:10.1016/j.jbiotec.2009.02.015

Bentley, F. K., Zurbriggen, A., and Melis, A. (2014). Heterologous expression of the mevalonic acid pathway in cyanobacteria enhances endogenous carbon partitioning to isoprene. مول. مصنع 7, 71�. doi:10.1093/mp/sst134

Chen, L. M., Li, K. Z., Miwa, T., and Izui, K. (2004). Overexpression of a cyanobacterial phosphoenolpyruvate carboxylase with diminished sensitivity to feedback inhibition in أرابيدوبسيس changes amino acid metabolism. Planta 219, 440�. doi:10.1007/s00425-004-1244-3

Collins, A. M., Liberton, M., Jones, H. D., Garcia, O. F., Pakrasi, H. B., and Timlin, J. A. (2012). Photosynthetic pigment localization and thylakoid membrane morphology are altered in Synechocystis 6803 phycobilisome mutants. نبات فيزيول. 158, 1600�. doi:10.1104/pp.111.192849

Endy, D. (2005). Foundations for engineering biology. طبيعة سجية 438, 449�. doi:10.1038/nature04342

Furbank, R. T., Chitty, J. A., Von Caemmerer, S., and Jenkins, C. (1996). Antisense RNA inhibition of RbcS gene expression reduces Rubisco level and photosynthesis in the C4 Plant Flaveria bidentis. نبات فيزيول. 111, 725�.

He, Q., Schlich, T., Paulsen, H., and Vermaas, W. (1999). Expression of a higher plant light-harvesting chlorophyll a/b-binding protein in Synechocystis ص. PCC 6803. يورو. J. Biochem. 263, 561�. doi:10.1046/j.1432-1327.1999.00526.x

Heinhorst, S., Cannon, G. C., and Shively, J. M. (2006). �rboxysomes and carboxysome-like inclusions,” in Complex Intracellular Structures in Prokaryotes، محرر. J. M. Shively (Heidelberg: Springer), 141�.

Iwaki, T., Haranoh, K., Inoue, N., Kojima, K., Satoh, R., Nishino, T., et al. (2006). Expression of foreign type I ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (EC 4.1.1.39) stimulates photosynthesis in cyanobacterium Synechococcus PCC7942 cells. Photosyn. الدقة. 88, 287�. doi:10.1007/s11120-006-9048-x

Kerfeld, C. A., Heinhorst, S., and Cannon, G. C. (2010). Bacterial microcompartments. Annu. القس ميكروبيول. 64, 391�. doi:10.1146/annurev.micro.112408.134211

Lassen, L. M., Zygadlo Nielsen, A., Ziersen, B., Gnanasekaran, T., Møller, B. L., and Jensen, P. E. (2014). Redirecting photosynthetic electron flow into light-driven synthesis of alternative products including high-value bioactive natural compounds. موالفة ACS. بيول. 3, 1�.

Leister, D. (2012). How can the light reactions of photosynthesis be improved in plants? أمام. علوم النبات. 3:199. doi:10.3389/fpls.2012.00199

Lindberg, P., Park, S., and Melis, A. (2010). Engineering a platform for photosynthetic isoprene production in cyanobacteria, using Synechocystis as the model organism. Metab. م. 12, 70�. doi:10.1016/j.ymben.2009.10.001

Marcus, Y., Altman-Gueta, H., Wolff, Y., and Gurevitz, M. (2011). Rubisco mutagenesis provides new insight into limitations on photosynthesis and growth in Synechocystis PCC6803. ياء إكسب. بوت. 62, 4173�. doi:10.1093/jxb/err116

Melis, A. (2013). Carbon partitioning in photosynthesis. بالعملة. رأي. تشيم. بيول. 17, 453�. doi:10.1016/j.cbpa.2013.03.010

Nakahira, Y., Ogawa, A., Asano, H., Oyama, T., and Tozawa, Y. (2013). Theophylline-dependent riboswitch as a novel genetic tool for strict regulation of protein expression in cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 7942. فيسيول الخلية النباتية. 54, 1724�. doi:10.1093/pcp/pct115

O’Leary, M. H. (1982). Phosphoenolpyruvate carboxylase: an enzymologist’s view. Annu. Rev. Plant Physiol. 33, 297�. doi:10.1146/annurev.pp.33.060182.001501

Page, L. E., Liberton, M., and Pakrasi, H. B. (2012). Reduction of photoautotrophic productivity in the cyanobacterium Synechocystis ص. strain PCC 6803 by phycobilisome antenna truncation. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 78, 6349�. doi:10.1128/AEM.00499-12

Price, G. D., Badger, M. R., Woodger, F. J., and Long, B. M. (2008). Advances in understanding the cyanobacterial CO2-concentrating-mechanism (CCM): functional components, Ci transporters, diversity, genetic regulation and prospects for engineering into plants. ياء إكسب. بوت. 59, 1441�. doi:10.1093/jxb/erm112

Quick, W. P., Schurr, U., Scheibe, R., Schulze, E. D., Rodermel, S. R., Bogorad, L., et al. (1991). Decreased ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase-oxygenase in transgenic tobacco transformed with 𠇊ntisense” rbcS: I. Impact on photosynthesis in ambient growth conditions. Planta 183, 542�. doi:10.1007/BF00194276

Rosgaard, L., De Porcellinis, A. J., Jacobsen, J. H., Frigaard, N. U., and Sakuragi, Y. (2012). Bioengineering of carbon fixation, biofuels, and biochemicals in cyanobacteria and plants. J. Biotechnol. 162, 134�. doi:10.1016/j.jbiotec.2012.05.006

Roth, A., and Breaker, R. R. (2009). The structural and functional diversity of metabolite-binding riboswitches. Annu. Rev. Biochem. 78, 305�. doi:10.1146/annurev.biochem.78.070507.135656

Stitt, M., Quick, W. P., Schurr, U., Schulze, E. D., Rodermel, S. R., and Bogorad, L. (1991). Decreased ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase-oxygenase in transgenic tobacco transformed with 𠆊ntisense’ rbcS: II. Flux-control coefficients for photosynthesis in varying light, CO2, and air humidity. Planta 183, 555�. doi:10.1007/BF00194277

Tabita, F. R., Satagopan, S., Hanson, T. E., Kreel, N. E., and Scott, S. S. (2008). Distinct form I, II, III, and IV Rubisco proteins from the three kingdoms of life provide clues about Rubisco evolution and structure/function relationships. ياء إكسب. بوت. 59, 1515�. doi:10.1093/jxb/erm361

Viola, S., Rühle, T., and Leister, D. (2014). A single vector-based strategy for marker-less gene replacement in Synechocystis ص. PCC 6803. Microb. Cell Fact. 13, 4. doi:10.1186/1475-2859-13-4

Xu, H., Vavilin, D., and Vermaas, W. (2001). Chlorophyll b can serve as the major pigment in functional photosystem II complexes of cyanobacteria. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية. 98, 14168�. doi:10.1073/pnas.251530298

Yang, C., Hua, Q., and Shimizu, K. (2002). Metabolic flux analysis in synechocystis using isotope distribution from 13 C-labeled glucose. Metab. م. 4, 202�.

Zygadlo Nielsen, A., Ziersen, B.E., Jensen, K., Lassen, L.M., Olsen, C.E., Møller, B.L., et al. (2013). Redirecting photosynthetic reducing power towards bioactive natural product synthesis. موالفة ACS. بيول. 2, 308�.

Keywords: carboxysome, chloroplast, genetic engineering, photosynthesis, Synechocystis, synthetic biology

Citation: Jensen PE and Leister D (2014) Cyanobacteria as an experimental platform for modifying bacterial and plant photosynthesis. أمام. Bioeng. التكنولوجيا الحيوية. 2:7. doi: 10.3389/fbioe.2014.00007

Received: 23 March 2014 Accepted: 03 April 2014
Published online: 21 April 2014.

Anne M. Ruffing, Sandia National Laboratories, USA

Anne M. Ruffing, Sandia National Laboratories, USA
Aaron M. Collins, Los Alamos National Laboratory, USA

Copyright: © 2014 Jensen and Leister. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.


شاهد الفيديو: بكتيريا تنتج الذهب الخالص النقي عيار وبالدليل (شهر فبراير 2023).