海洋所发现深海热液微生物基于硫化镉纳米颗粒利用光能新机制学术资讯

内容来源：中国科学院重大科技基础设施共享服务平台

8月20日，国际微生物学期刊Environmental Microbiology在线刊发题为“Formation of cadmium sulfide nanoparticles mediates cadmium resistance and light utilization of the deep-sea bacterium Idiomarina sp. OT37-5b”的文章，报道了海洋所孙超岷研究组关于深海热液细菌基于硫化镉纳米颗粒利用光能的新发现，为解释深海微生物是否能够利用光能及发展新型光学纳米材料提供了新的理论依据和物质基础。

深海热液口是一种非常特殊的极端生境，温度高、重金属含量高，但同时也孕育了丰富的生物类群，是研究深海生物极端环境适应机制乃至生命起源的理想场所。深海热液口在活跃状态下不断喷发热量并产生微弱的光，被认为可能是光合生物的起源地，也可能孕育其它特殊光能利用生物，但一直没有得到证实。

孙超岷研究组在沙忠利研究员提供的深海热液样品中分离到一株细菌Idiomarina sp. OT37-5b，在前期研究中发现该菌能耐受并脱除较高浓度的镉离子，在额外添加半胱氨酸的情况下，耐受及脱除能力得到大幅提升，并形成了大量硫化镉纳米颗粒。借助分子微生物、蛋白组学等手段，研究人员确定了介导微生物形成硫化镉纳米颗粒的酶分子，为后期高效生产硫化镉光学纳米材料提供了良好的功能酶。最令人惊奇的是，研究人员偶然发现该菌能够借助形成的硫化镉纳米颗粒利用光能进行能量合成，以更好地适应深海贫瘠的生态环境。进一步借助蛋白组学手段，研究人员发现该菌能够驱动硫化镉纳米颗粒吸收光电子并进入氧化磷酸化过程进而产生能量。该研究首次发现热液口微生物在适应重金属胁迫的同时能够巧妙利用纳米光学材料的光电子吸收特性，变不利因素为有利因素，为适应深海极端环境进化出了一种特别的光能利用机制，也为探索深海光能利用潜在途径乃至是否存在特殊光合作用提供了良好的研究材料和新视角。

实验海洋生物学重点实验室博士研究生马宁为文章第一作者，孙超岷研究员为通讯作者。研究得到中科院战略先导专项及大洋协会“深海生物资源计划”等项目联合资助。

来源：中国科学院重大科技基础设施共享服务平台

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