水稻科学家分析了噬菌体蛋白质的结构和机制
在海洋表面之下，一种病毒正在劫持地球上最丰富的有机体的新陈代谢。这可能是我们上面的呼吸者感兴趣的。
莱斯大学的科学家们分析了噬菌体改变海洋原绿球藻的碳储存能力和对抗由化石燃料消耗引起的温室气体效应时产生的铁氧还蛋白的作用。
P. marinus是一种主要生活在热带和亚热带的进行光合作用的蓝藻细菌，估计有10到27个(10的10次方次方)的蓝藻利用阳光产生氧气，每年总共储存40亿吨碳。其中一些碳为其他海洋生物提供了重要的原料。
但是噬菌体并不是它们的朋友。病毒通过窃取细菌从光中产生的能量来增强自身，重新编程其受害者的基因组来改变其传递电子的方式。
水稻科学家正在分析病毒噬菌体改变海洋生物体内电子转移时产生的铁氧化还原蛋白的作用。当病毒(粉红色)感染细菌时，它会产生一种铁氧化还原蛋白，这种蛋白与细菌现有的电子结构结合，并改变细菌的新陈代谢。伊恩·坎贝尔插画
该研究的第一作者、莱斯大学博士后研究员伊恩·坎贝尔(Ian Campbell)在《生物化学杂志》(Journal of Biological Chemistry)上发表了该研究报告。
“这种微生物在海洋中范围的增长可能会增加这些微生物所储存的碳总量，”他说。“另外，根据最近的一项预测，感染这些细菌的病毒可能会改变碳固定，并可能阻止每年从空气中带走10亿吨的碳。”
坎贝尔说，这项研究的目的是探索病毒与宿主相互作用的各种方式。在这个过程中，研究人员发现噬菌体破坏了宿主自身的电子流控制，重新连接了细菌的新陈代谢。他说:“当病毒感染时，它会停止细菌蛋白质的产生，用自己的变体取而代之。”“我把它比作在电脑上安装一个不同的操作系统。”
研究人员使用合成生物学技术混合和匹配噬菌体和蓝藻蛋白，以研究它们如何相互作用。由水稻生物化学家乔治·菲利普斯领导的研究的一部分还首次确定了关键的噬藻铁氧还蛋白的结构。
莱斯合成生物学家乔纳森·西尔伯格(左)和博士后研究员伊恩·坎贝尔领导了一个团队，分析了病毒噬菌体改变海洋生物体内电子转移时产生的铁氧化还原蛋白的作用。杰夫·菲特洛拍摄
“噬菌体通常会进入细胞并杀死所有的东西，”莱斯大学合成生物学家乔纳森·西尔伯格说，他是这项研究的首席科学家，也是该大学系统、合成和物理生物学项目的负责人。
“但伊恩的研究结果表明，这些噬菌体正在建立一种复杂的控制机制，”他说。“我不会说它们让宿主僵尸化了，因为它们让细胞继续做它们自己的一些家务。”但它们也会插入自己的铁氧还蛋白，比如电缆线，来微调电子流动。”
坎贝尔和他的团队并没有直接与食藻体和P. marinus合作，而是使用合成生物学工具对更大、更容易理解的大肠杆菌进行重新编程，以表达模仿两者之间相互作用的基因。
“从海洋中提取噬菌体和蓝藻细菌，并试图研究生物学，尤其是电子流，这很难通过经典的生物化学来完成，”西尔伯格说。伊恩确实从噬菌体和宿主中找到了伴侣，通过将它们的DNA编码到另一个细胞系统中，把它们放在一起，很快就得到了一些有趣的结果。
他说:“It’s是合成生物学的一个有趣应用，它可以帮助我们理解复杂的事物，而这些事物原本是很难测量的。”
研究人员怀疑他们在大肠杆菌中模拟的蛋白质，原绿球藻P-SSM2噬菌体铁氧还蛋白，并不是什么新东西。西尔伯格说:“人们知道噬菌体编码不同的东西来进行电子传递，但他们不知道如何连接噬菌体和宿主之间的电线。”他们对噬菌体的进化也知之甚少。这种结构清楚地表明，这种噬菌体可以追溯到参与光合作用的特定祖先蛋白质。”
论文的共同作者有研究生Jose Luis Olmos Jr.，研究技术员徐卫军，博士后研究人员Dimithree Kahanda和Joshua Atkinson，本科生校友Othneil Noble Sparks，研究科学家Mitchell Miller，和George Bennett, E. Dell Butcher生物科学教授和化学和生物分子工程学教授。菲利普斯是一位生物科学教授。Silberg是Stewart生物化学纪念教授，同时也是生物科学、生物工程、化学和生物分子工程的教授。
能源部、美国国家航空航天局、国家科学基金会、摩尔基金会、国家癌症研究所和国家普通医学科学研究所都支持了这项研究。
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