硅藻是一类真核生物,是自然界中常见的单细胞藻类,种类繁多,数量庞大,分布广泛。[1,2]硅藻体型很小,大小从0.01至0.1毫米不等。硅藻植物的光合作用可以吸收二氧化碳,释放氧气,对全球气候变化影响较大。硅藻作为重要的生物资源,是鱼类、贝类等水生动物的主要食物之一,在水生生态系统和生物环境监测中发挥着重要作用。[3]硅藻具有特殊的硅化细胞壁(硅藻壳),可分为辐射对称和双侧对称两种基本类型。硅藻壳是自然界中独特的、纯度极高的生物无机材料,也是最优秀的微纳生物平台材料之一,具有十分重要的研究意义。 [ 4 ] 硅藻壳不仅能增强硅藻的硬度和强度,提供其悬浮的力学性能,而且能提高其输送营养物质、吸附、黏附的生理功能,阻止有害物质的进入,使其用途越来越广泛。
摘要:硅藻是一种单细胞藻类,其细胞壁(称为硅藻壳)由透明的生物(或乳白色)二氧化硅组成,具有复杂且惊人的规则图案。在过去的 30 年里,这些微生物已被证明是合成二氧化硅的宝贵替代品,可满足实现药物输送载体、生物传感载体和光子晶体的众多制药要求。硅藻的结构特征以及硅藻壳的化学改性可能性使得生物二氧化硅可以相对简单地转化为潜在的生物医学应用装置。在这篇简短的综述中,我们探讨了硅藻衍生的生物二氧化硅在药物输送和生物传感领域的应用。具体来说,我们考虑使用硅藻进行抗癌和抗生素药物的靶向输送,以及如何使用相同的微藻制造生物传感器,通过荧光和表面增强拉曼散射技术评估其分析物信号响应。我们将讨论限制在过去七年内发表的研究,目的是尽量减少与之前发表的贡献相关的重复。
自动荧光硅藻生物组件的季节性变化,并跟踪气候变化对这些批评生物的影响。”高夫告诉《节目日报》:“我们关注的一件事是,较早的海冰融化将导致较早的硅藻布鲁姆,这意味着不匹配的营养级联反应[食物链破坏],这意味着水中的微观生物依赖于硅藻的食物来生长,当diatomm脱离底层时,可能已经在掉落冰上的冰上掉了。”最终,这种破裂破坏了硅藻在无机碳,无机氮和无机磷的固定中的重要作用“我们需要就此过程的变化进行纵向研究。,但是现在在一个季节内,我们已经可以看到变化是什么。我们也期待在其他条件下看到会发生什么。”
表层微植物底栖硅藻昼夜运动的生理学尚未完全了解。此外,导致迁徙行为的进化压力和垂直迁移的生态作用仍不清楚。行为光保护假说是最普遍接受的,根据该假说,硅藻沿着垂直光梯度移动以找到最佳光环境。然而,这种运动与能量消耗有关,这一点以前尚未得到充分认识。为了阐明这个问题,我们研究了硅藻运动的机制并回顾了它们的运动模式。利用已发表的数据,我们估计一个典型的硅藻细胞在 400 µ m 光区向上(或向下)移动的能量成本为 0.12 pJ。这相当于 3.93 × 10 − 18 mol ATP,由 1.31 × 10 − 19 mol 葡萄糖氧化释放。这仅占典型微底栖硅藻细胞每日净光合产量的 0.0001%,表明昼夜垂直迁移对细胞和生态系统能量预算的影响可以忽略不计。即使单个细胞的迁移能量成本可能与典型硅藻的中心值相差近两个数量级(取决于细胞大小、位移速度和介质粘度),从代谢和生态学的角度来看,计算出的最大值仍然可以忽略不计。结果表明,行为光保护可能是一种能量廉价的机制,与结构/生理光保护相比具有竞争优势。
抽象硅藻在水生环境中是突出的,高度多样的微藻。与其他硅藻物种相比,三角肌是一种“非典型硅藻”,显示出三种不同的形态型,缺乏通常的二氧化硅壳。尽管生态相关性有限,但其在实验室和众所周知的生理学方面的增长便利,以及基于基因组的信息的稳定不断增长,再加上有效的操纵基因表达的工具,意味着它作为对diTOMS的分子研究的强大实验模型获得了越来越多的认识。在这里,我们简要概述了过去25年中的三角菌如何与硅藻生物学基本方面的揭幕,同时也成为藻类工艺工程和合成生物学的新工具。
维生素B 12(钴胺,本文B 12)是大多数原核,真核微生物和动物的氨基酸合成和碳补给TCA循环的必不可少的辅助因。尽管大多数人都要求,但B 12仅由少量的原核生物产生,因此导致原子营养和辅助营养物之间的复杂相互作用。然而,未知B 12是如何由概念营养提供的。在这项研究中,在与Thalassiosira pseudonana(A B 12富营养硅藻)的共同培养中生长了33 B 12个原型型植物菌株,以确定通过共享B 12来支持硅藻生长的细菌能力。被鉴定为与硅藻共享B 12,而9个被鉴定为保留B 12,并且不支持硅藻的生长。其他细菌仅在添加底物的情况下与硅藻共享B 12,或者抑制了硅藻的生长。细胞外B 12测量B 12 -provider和b 12-取消菌株证实,只能在经过测试的B 12 -provider菌株的环境中检测到辅助因子。通过LC -MS测量细胞内B 12,并表明不同B 12-构造剂和B 12的retainer菌株的浓度有很大不同。尽管B 12对于绝大多数微生物至关重要,但导出该基本辅助因子的机制仍然未知。我们的结果表明,可以合成b 12 de Novo的大部分细菌不能与环境共享辅助因子。
溶解的O 2降低对浮游植物生理学的阳性或负面影响取决于光暴露的持续时间。为了揭示潜在的机制,海洋模型硅藻thalassira pseudonana在三个溶解的O 2水平(8.0 mg l -1,环境O 2; 4.0 mg L -1,Low O 2;和1.3 mg L -1,低氧)中进行培养,以比较其生长,蜂窝池组成和黑暗的生长,和物理学和黑暗周期。结果表明,环境O 2下的生长速率为0.60±0.02天-1,是光周期内生长速率的一半,在黑暗时期内增长率为15倍。降低O 2在光周期增加了生长速率,但在黑暗时期降低了它,并在光和黑暗时期都降低了细胞色素含量。在光中,低O 2增加了细胞碳(C)的含量,而缺氧则降低了它,而在黑暗中的增加和降低的程度更大。低O 2对细胞氮(N)含量没有显着影响,但缺氧降低了。低O 2对光合效率没有显着影响,但降低了黑暗呼吸率。在黑暗中,低O 2对细胞C损耗率没有显着影响,但n损耗率降低,导致POC/POC比率增加。此外,缺氧加剧了细胞死亡率和下沉,这表明硅藻衍生的碳埋葬可能会由于未来的海洋脱氧而加速。
方法论 ................................................. 63 地点选择 .............................................. 63 主要地点 .............................................. 63 次要地点 .............................................. 68 地点描述 .............................................. 68 亚瑟湖 .............................................. 68 普里恩湖 .............................................. 70 巴西尔湖 .............................................. 71 卡津草原残留带 ...................................... 72 孢粉学 ...................................................... 73 花粉 .............................................. 73 植物岩体 .............................................. 75 硅藻 .............................................. 82 实地工作 .............................................. 85 分析 ...................................................... 90 地层学 .............................................. 90 花粉 .............................................. 93 植物硅酸盐 ................................... 94 硅藻 .............................................. 96
1 Institute of Micr obiology, Univ ersity of Gr eifswald, Gr eifswald, German y 2 Max Planck Institute for Marine Microbiology, 28359 Bremen, Germany 3 Institute of Marine Biotechnology, 17489 Greifswald, Germany 4 Alfred-Wegener-Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research, Biologische Anstalt德国Helgoland,27498 Helgoland 5数学与计算机科学研究所,格雷夫斯瓦尔德大学,17489年,德国格里夫斯瓦尔德,6格雷夫斯瓦尔德大学,格雷夫斯特大学,17489年,德国格雷夫斯瓦尔德大学,德国格雷夫斯瓦尔德,德国,德国,Greifs Wald大学微生物学院,F Elix-Hausdorff-Straße8,17489 Greifswald,德国。电子邮件:mia.bengtsson@uni-greifsson.de编辑:[蒂尔曼·卢德斯(Tillmann Lueders)]
CRISPR/Cas 能够对包括模型硅藻 Thalassiosira pseudonana 在内的许多不同植物和藻类进行靶向基因组编辑。然而,迄今为止,仅报道了通过同源重组 (HR) 实现的有效基因靶向适用于单倍体生命周期阶段的光合生物。在这里,使用 Golden Gate 克隆组装的 CRISPR/Cas 构建体能够在二倍体光合生物中实现高效的 HR。使用序列特异性 CRISPR/Cas 并与 dsDNA 供体基质配对,在 T. pseudonana 中诱导同源重组,从而用抗性盒 (FCP: NAT) 替换 silacidin、硝酸还原酶和脲酶基因。通过嵌套 PCR 筛选出高达约 85% 的 NAT 抗性 T. pseudonana 菌落对 HR 呈阳性。使用反向 PCR 方法确认了 FCP: NAT 在每个位点的精确整合。硝酸还原酶和尿素酶基因的敲除分别影响了硝酸盐和尿素的生长,而 T. pseudonana 中 silacidin 基因的敲除导致细胞尺寸显著增加,证实了该基因在中心硅藻中调节细胞尺寸的作用。HR 的高效基因靶向使 T. pseudonana 像 Nannochloropsis 和 Physcomitrella 一样易于遗传处理,从而迅速推进了功能性硅藻生物学、生物纳米技术和生物技术应用,这些应用旨在利用硅藻的代谢潜力。