DNA是微生物丰富而营养丰富的食物来源

微生物的饮食是巨大的:它们能够使用不同的分子作为营养，包括生物分子，如死亡和腐烂生物体的蛋白质和脂类。这包括所谓的细胞外DNA分子，这些分子不再或不再存在于完整的细胞中。“从细菌的角度来看，DNA特别有营养，”维也纳大学微生物学和环境系统科学中心(CMESS)的微生物学家、该研究的主要作者肯尼斯·瓦斯蒙德(Kenneth Wasmund)说。“它本质上是一种肥料。毕竟，它是由数百万块糖、含磷和含氮的碱基组成的链。”细胞外DNA在环境中很常见，因为当任何生物体死亡时，它的内容物，包括DNA，被释放到环境中。降解如此丰富的生物分子的微生物对全球生物地球化学循环至关重要，因为它们能回收从海水中沉降下来的有机物质，从而也影响了最终存留在海底的碳的多少。然而，并不是所有的微生物都能够利用DNA作为营养物质。

海洋沉积物是未被描述的微生物的巨大栖息地

海底的淤泥沉积物是这些生态上重要的微生物的巨大的全球栖息地;毕竟，我们的海洋覆盖了地球表面的70%以上。成千上万的微生物物种生活在这里，其中大部分仍然鲜为人知。“我们的研究确定了其中一些微生物，并揭示了它们的生活方式。与此同时，它告诉我们大量的DNA不断释放到环境中，但不会在任何地方积累，因此，显然是在某种程度上被循环利用，”肯尼斯·瓦斯蒙德解释说。先前的研究表明，在实验室中生长的微生物可能利用DNA作为能量来源。他补充说:“我们现在的研究重点是那些真正生活在海底并活跃活动的微生物，同时利用DNA作为食物来源。”

通过功能微生物组分析，破解利用DNA检测食物的细菌

为此，加拿大卡尔加里大学的同事们从巴芬湾(位于格陵兰岛和加拿大之间的大西洋边缘海)的海底收集了样本。为了鉴定这些样本中的dna采集微生物，研究团队使用了一系列实验、分析和生物信息学方法。维也纳大学研究小组负责人Alexander Loy说:“在CMESS所有四个部门的合作中，我们充分利用了优秀的研究基础设施，并释放了我们中心在功能微生物组分析方面的全部专业知识。”

在实验室的培养中，研究人员向沉积物细菌注入了带有重碳原子(13C)同位素标记的纯化DNA。通过使用稳定同位素探测，包括一种特定的同位素成像技术，他们能够追踪重碳，因此可以看到是哪种细菌降解了标记的DNA。此外，科学家们重建了细胞中存在的基因信息，即吃dna微生物的基因组，以了解它们的功能潜力和在世界海洋中的分布。

海底的新DNA吞噬细菌

宏基因组分析显示，这些细菌配备了DNA降解酶，使它们能够将DNA切成小片段，以帮助它们吸收和消耗它。有一种细菌脱颖而出，因为它有一套特别复杂的工具来降解DNA。它们对DNA(也被称为核酸)的胃口现在以它们的名字命名:研究小组将它们命名为Izemoplasma acidinucleici。

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publication in Nature Microbiology: Wasmund K, pelikan C, Schintlmeister A, Wagner M, Watzka M, Richter A, Bhatnagar S, Noel A, Hubert C, Rattei T, Hoffman T, Herbold C, Hausmann B, Loy A. (2021). Genomic insights into diverse bacterial taxa that degrade extracellular DNA in marine sediments. Nature Microbiology. DOI: 10.1038/s41564-021-00917-9