太阳能驱动并影响着地球上无数的自然过程。例如,植物、藻类和蓝藻的光合作用依赖于太阳能,而这一过程对维持地球生命的重要性几乎怎么强调也不为过。如果光合作用停止,地球上很快就会几乎没有食物或其他有机物。大多数生物都会消失,随着时间的推移,地球大气中将几乎没有气态氧。太阳能对于水循环中的水蒸发、陆地和水温以及风的形成也至关重要,所有这些都是塑造地球生命的气候模式的主要因素。
太阳能驱动并影响着地球上无数的自然过程。例如,植物、藻类和蓝藻的光合作用依赖于太阳能,而这一过程对维持地球生命的重要性几乎怎么强调也不为过。如果光合作用停止,地球上很快就会几乎没有食物或其他有机物。大多数生物都会消失,随着时间的推移,地球大气中将几乎没有气态氧。太阳能对于水循环中的水蒸发、陆地和水温以及风的形成也至关重要,所有这些都是塑造地球生命的气候模式的主要因素。
代谢通量及其控制机制是细胞代谢的基础,为研究生物系统和生物技术应用提供了见解。然而,对微生物细胞工厂中生化反应的控制,尤其是在系统层面的控制,定量和预测性的理解是有限的。在这项工作中,我们提出了 ARCTICA,这是一个计算框架,它将基于约束的建模与机器学习工具相结合以应对这一挑战。使用模型蓝藻 Synechocystis sp. PCC 6803 作为底盘,我们证明 ARCTICA 可以有效模拟全球规模的代谢通量控制。主要发现包括:(i) 光合生物生产主要受卡尔文-本森-巴沙姆 (CBB) 循环中的酶控制,而不是受参与最终产物生物合成的酶控制;(ii) CBB 循环的催化能力限制了光合活性和下游途径;(iii) 核酮糖-1,5-双磷酸羧化酶/加氧酶 (RuBisCO) 是 CBB 循环中的主要限制步骤,但并非最主要的限制步骤。预测的代谢反应与之前的实验观察结果在质量上一致,验证了我们的建模方法。ARCTICA 是了解细胞生理学和预测基因组规模代谢网络中限速步骤的重要管道,从而为蓝藻生物工程提供指导。
本研究研究了温度对两种蓝藻:来自北极地区的假鱼腥藻属和来自热带地区的聚球藻属的生长和生化组成的影响。蓝藻分离物在3个不同的温度下培养:4±2℃、15±2℃和25±2℃。假鱼腥藻属在4±2℃、15±2℃和25±2℃下的生长速率分别为1.61天 -1 、1.62天 -1 和1.53天 -1 ,倍增时间分别为0.11、0.18和0.08天。聚球藻属的生长速率略低。在4±2℃、15±2℃和25±2℃条件下,生长速率分别为0.65 day -1 、0.94 day -1 和1.06 day -1 ,倍增时间分别为0.003、0.07和0.25 d。Pseudanabaena sp.在4±2℃、15±2℃和25±2℃条件下的总碳水化合物分别为207.16±10.03 mg/L、329.57±189.65 mg/L和63.32±41.02 mg/L。同温度下,Synechococcus sp.的总碳水化合物含量为14.44±10.03 mg/L。分别为 269.44±81.29 mg/L、321.15±73.31 mg/L 和 1556.84±243.38 mg/L。这表明聚球藻的总碳水化合物含量高于假鱼腥藻。在 4±2°C、15±2°C 和 25±2°C 下,假鱼腥藻的总蛋白质含量分别为 5.59±0.09 mg/L、5.23±0.21 mg/L 和 4.34±0.47 mg/L。同时,对于聚球藻,总
当前的农业和粮食生产系统正承受着气候变化和全球人口增长带来的巨大压力。满足近 80 亿人的粮食需求,同时将环境影响降至最低,需要创新和可持续的解决方案。藻类(大型藻类(海藻和海带)和微藻(单细胞形式))是一种可行的选择,因为它们具有资源利用效率高和作为营养生物质的能力。藻类富含可消化的蛋白质、脂质、碳水化合物、必需脂肪酸、维生素和矿物质,是一种可持续的食物来源,可在非耕地上使用非饮用水(包括咸水或海水)种植。它们的二氧化碳封存能力通过减少生产过程中的碳足迹,进一步增强了它们的可持续性。除了粮食生产之外,藻类在农业方面也有着广阔的应用前景,尤其是土壤改良。藻类生物肥料可以增强土壤健康,改善其结构和营养成分,并支持植物生长,从而有助于实现更可持续的农业实践。在废水管理中,藻类已显示出营养物回收、水净化和生物修复的潜力,有助于减轻环境污染。本综述探讨了微藻和蓝藻培养方面的进展,强调了它们在可持续农业、土壤改良和废水管理中的作用。它还概述了与大规模藻类生产及其融入这些系统相关的挑战。通过应对这些挑战,藻类可以成为实现全球粮食安全、提高环境恢复力和促进可持续资源管理的基石。关键词:藻类、可持续农业、土壤改良、废水管理、微藻、蓝藻、生物肥料、二氧化碳封存、营养物回收、生物修复、可持续粮食生产、环境保护、生物质生产。
土壤健康及其对下游的影响:施用植物养分的田地径流会导致水质受损。径流中的磷是导致淡水富营养化的一个因素,富营养化会促进蓝藻和藻类的生长,导致水中氧含量降低和毒素积聚。健康的土壤与保护水体:土壤是地球上最大的天然水过滤器;当水流经土壤时,自然过程会结合、分解或去除污染物。土壤的持水能力可以减缓水的渗透,降低洪水发生的可能性。健康的土壤提供的服务包括:
细胞毒素 (SVN) 是一种来自蓝藻的凝集素,对埃博拉病毒感染有很强的抑制活性。我们将细胞毒素设计为乳酸菌表面展示的抑制剂,以阻止埃博拉病毒感染。两种不同的细菌菌株(干酪乳杆菌和乳酸乳球菌)被成功设计为在细菌表面表达细胞毒素。在细胞试验中发现,这些细菌能有效中和假型埃博拉病毒。这种方法既可用于预防,也可用于治疗。由于乳酸菌可以在人体内定植,因此可以实现长期疗效。此外,这种方法也简单且经济高效,可轻松应用于发展中国家埃博拉疫情爆发的地区。
摘要:本文旨在记录超分子复合物(如马达、泵和时钟 ATPase)中的能量转换和调节相互作用。使用自旋标记电子顺磁共振 (EPR) 光谱通过运动和距离测量来表征动力学和结构特征。特别是,我们重点研究了肌球蛋白 ATPase 与肌动蛋白-肌钙蛋白-原肌球蛋白、神经驱动蛋白 ATPase 与微管、P 型离子动力 ATPase 和蓝藻时钟 ATPase。最后,我们描述了各种能量转换系统的分子机制之间的关系或共同原理,以及柔性元件从一种状态到另一种状态的大规模热结构转变如何先于随后的不可逆化学反应。
摘要:在基因组工程中,传入 DNA 的整合依赖于分裂细胞产生的酶,这一直是提高 DNA 插入频率和准确性的瓶颈。最近,据报道,使用 CRISPR 相关转座酶 (CAST) 的 RNA 引导转座在大肠杆菌中非常有效且具有特异性。在这里,我们开发了 Golden Gate 载体来在丝状蓝藻中测试 CAST,并证明它在鱼腥藻属菌株 PCC 7120 中有效。含有 CAST 和工程转座子的相对较大的质粒通过使用自杀或复制质粒的结合成功转移到鱼腥藻中。编码靶标前导链但不编码反向补体链的单向导 (sg) RNA 与 sgRNA 中包含的原间隔子相关基序 (PAM) 序列有效。在对两个不同靶位点进行分析的六种病例中,有四种的插入位点位于 PAM 之后正好 63 个碱基处。复制质粒上的 CAST 具有毒性,可用于治愈质粒。在分析的所有六种情况下,只有由从左到右元素的序列定义的转座子货物被插入目标位点;因此,RNA 引导的转座是由剪切和粘贴引起的。没有内源转座子通过暴露于 CAST 酶而重新动员。这项工作为通过 RNA 引导的转座在丝状蓝藻中进行基因组编辑奠定了基础,无论是在培养中还是在复杂群落中。关键词:鱼腥藻、CRISPR 相关转座子 (CAST)、基因组工程、RNA 引导的转座、minion 测序、从头基因组组装 ■ 简介
图 2 用于对光合微生物进行遗传工程改造的常见遗传转化技术示意图。 (A) 对于绿藻 (衣藻) 和真气藻 (微绿球藻):电穿孔和基因枪轰击可用于衣藻和微绿球藻的叶绿体靶向转化,而电穿孔或用玻璃珠涡旋可用于修饰衣藻的核基因组。细菌接合或农杆菌介导的转移也可用于将 DNA 引入这些细胞。 (B) 对于蓝藻:自然转化或接合可用于转移 DNA 以整合到染色体中或作为复制质粒。质粒也可以通过电穿孔转移。 (C) 对于硅藻:电穿孔和细菌接合是可用于将 DNA 引入硅藻的技术的例子。也可以使用农杆菌介导的转移或基因枪轰击