微生物适应临近空间极端环境的代谢变化与生存机制

　　

　　近日，中国科学院微生物研究所温廷益研究团队在Science of the Total Environment 发表题为“Adaptive mechanisms of Bacillus to near space extreme environments” 的论文。文章报道了地球临近空间极端环境对大肠杆菌、芽胞杆菌和酵母等典型微生物的生存影响，首次揭示了枯草芽胞杆菌适应临近空间极端环境的代谢变化与生存机制。  

　　地球临近空间是指离地表20-100公里之间的大气区域。该区域辐射水平高，大气压低，具有研究生命生存和进化的类火星环境条件。探究微生物在临近空间的生存和适应机制，有助于理解地球生命的生存极限。温廷益研究团队与中国科学院地质与地球物理研究所等研究团队合作，利用临近空间天体生物学综合飞行实验平台CAS-BAP（Chinese Academy of Sciences Balloon-Borne Astrobiology Platform），在我国内蒙古海拔32公里区域开展了多种典型地表微生物的飞行实验。本次实验暴露时长3小时17分钟，并针对暴露后样品的存活率、代谢产物、基因组、转录组和蛋白组等进行了综合分析。筛选出暴露存活的芽胞杆菌，并获得肌苷合成明显变化的突变菌，首次证明了临近空间可作为一种新的微生物进化平台。多组学分析显示突变株的基因组、转录组和蛋白质组水平发生级联变化，且EMP、PPP和嘌呤合成相关途径的代谢通量显著改变，从而增加/减少肌苷的生物合成。进一步分析表明，与翻译、分子伴侣、细胞壁/膜、孢子形成、DNA复制/修复和抗氧化等环境适应相关蛋白的表达显著上调，使突变株能够有效修复DNA/蛋白质损伤，提高对抗环境胁迫的生存能力，为揭示微生物适应极端环境的生存机制提供了新的认识。 

　　微生物研究所副研究员邓爱华为第一作者，温廷益研究员和邓爱华副研究员为共同通讯作者。本研究工作得到中国科学院A类战略性先导科技专项“鸿鹄专项”（XDA17010503）、国家自然科学基金项目（31570083, 31870070）和中国科学院绿色过程制造创新项目（IAGM-2019-A02）共同资助。 

　　全文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.163952