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超氧化物与锰反应在环境清理中起作用

<p>真菌S aciculosa在无性繁殖期间在茎上产生孢子(称为分生孢子)</p><p>这些结构底部的棕色是锰氧化物的天然颜色,其在超氧化物还原锰的氧化后沉淀在那里</p><p>菌丝[每根分枝丝组成真菌的菌丝体不参与氧化图片由Colleen Hansel提供新发表的研究描述了子囊菌真菌Stilbella aciculosa如何产生与锰(Mn)反应的超氧化物,产生锰氧化物并帮助自然系统中金属和碳的循环和生物利用率哈佛主导的研究人员发现,在无性繁殖过程中,污染水中常见的子囊菌真菌会产生对环境有重要影响的矿物质</p><p>过程中的关键化学物质超氧化物是真菌生长的副产品</p><p>有机体产生孢子一旦释放到环境中,超氧化物就会发生反应元素锰(Mn),产生高活性矿物质,有助于清除有毒金属,降解碳底物,并控制营养素的生物利用度</p><p>这些结果将为未来微生物学,环境化学,发展生物学和地球生物学,本周在线发表在美国国家科学院院刊(PNAS)中锰是一种多功能元素,存在于多种氧化态和相中,天然存在于地壳中,在碳封存中发挥着重要作用,光合作用,营养物质和污染物的运输和归趋Colleen Hansel它可能是污染水中特别重要的反应物,如煤矿的径流当离子Mn(II)转化为更高的氧化态时,它会形成反应在控制和控制其他污染物(如砷,镉和钴)方面非常有用的矿物质水“如果你可以让锰氧化,那么它会形成这些真正活跃的矿物质,锰氧化物,这些环境海绵将清理水,”首席研究员Colleen Hansel解释说,他是一名教师,同时也是环境微生物学副教授</p><p>哈佛大学工程与应用科学学院(SEAS)她目前是伍兹霍尔海洋研究所的副科学家</p><p>“许多煤矿排水修复依赖于使细菌和真菌氧化锰来制造这些矿物”“原位问题补救是,如果你不知道过程是如何以及为什么发生的,你就无法刺激有机体这样做这对于煤矿排水场地的修复来说是一个大问题为了刺激微生物活动,这种方法一直是提供的复杂的碳源,如玉米棒子和稻草,让“臭虫”进入城镇,但它经常不起作用“事实证明常见的真菌Stilbella aciculosa在细胞分化过程中(生长和发育的一个方面)只产生必需的成分超氧化物 - 特别是在无性生殖结构的形成过程中这一发现意味着向污染的水中添加过量的营养素可能不一定有助于修复,除非它被设计用于诱导真菌繁殖对于真菌,超氧化物似乎作为一种细胞信号,缓和细胞分化</p><p>化学物质随后快速有效地氧化环境锰的作用可能只是一个有用的巧合,对人类有益但是对真菌的影响很小所有迄今已知的锰氧化细菌和子囊菌真菌都是异养生物;像人类一样,他们吃碳并呼吸氧气“他们不像一些生物吃其他金属如铁一样吃锰,”汉塞尔说,“这是金属生物地球化学领域的一个谜,根据进化理论,有机体通常表现一个原因的过程但是几十年来没有人理解为什么或如何细菌和一些真菌[子囊菌纲]氧化锰,因为他们没有这样做以获得能量“仍然,汉塞尔表示可能还有更多这个过程看起来像是偶然的副作用,但我们并不知道,因为锰氧化物非常活泼,因此可以为生物体提供一些间接的好处,“她说 “例如,锰氧化物可以降解顽固碳,从而为真菌提供新的碳源,它们可以更好地代谢</p><p>也许它们'故意'做到这一点我们想要解决这些生物化学问题和进化的影响,以及确定基于超氧化物的金属循环的相关性更大这个过程在铁和汞等其他金属的生物地球化学方面有多重要</p><p>它对微生物生态系统生态的影响有多大</p><p>“与合作者Carolyn A Zeiner(SEAS的研究生),Cara M Santelli(前博士后,现在史密森尼国家自然历史博物馆)和Samuel M Webb(在Stanford Synchrotron Radiation Lightsource),Hansel确定了导致锰氧化的生化机制,包括刺激该过程的酶类(NADPH氧化酶)该团队发现超氧化物是锰真菌氧化的关键因素特别令人兴奋,因为有些细菌实际上是这样做的,即使使用相同的酶原核生物和真核生物发展这种同源性的想法引发了进化史上的有趣问题“我们正沿着一条全新的生物地球化学途径前进”, Hansel“现在令人兴奋的是成为坐在前排座位上的人之一”这个项目由美国国家科学基金会资助弓箭手还受益于SLAC国家加速器实验室斯坦福同步辐射光源(SSRL)和SSRL结构分子生物学计划的资源,该计划由能源部(DOE)和国立卫生研究院支持</p><p>部分工作是也使用太平洋西北国家实验室的DOE支持的环境分子科学实验室设施进行了资源来源:SEAS Communications的Caroline Perry; Harvard Gazette Images:

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