Linking Genes to Microbial Biogeochemical Cycling: Lessons from Arsenic.
Linking Genes to Microbial Biogeochemical Cycling: Lessons from Arsenic.
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DOI：
10.1021/acs.est.7b00689
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发表时间：
2017-07-05
影响因子：
11.4
通讯作者：
Meharg AA
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhu YG;Xue XM;Kappler A;Rosen BP;Meharg AA
砷的生物转化与砷的地球化学循环密切相关。砷生物转化的微生物途径的分子细节的识别加上微生物群落的元组学分析可以提供深入了解这个生物循环的复杂性的详细方面。砷的转化与其他地球化学循环以及营养物质和其他有毒环境污染物的命运有关。微生物对铁、碳、硫和氮的氧化还原代谢影响砷的氧化还原和生物有效性。在这篇重要的综述中，我们阐述了砷生物转化的生物地球化学过程和基因。我们讨论了当前和未来的宏基因组，元转录组，元蛋白质组和代谢组学为基础的方法将有助于破译个别微生物砷转化过程，以及它们与其他生物地球化学循环的联系。这些见解将允许未来使用微生物的代谢能力为新的生物技术解决方案的环境问题。要了解无机和有机砷物种的复杂性和环境砷的命运将需要整合系统的方法与地球化学模拟。最后，从这些砷生物地球化学研究中吸取的教训，我们将能够预测环境如何改变砷，以及作为回应，砷的生物转化如何改变环境。
The biotransformation of arsenic is highly relevant to the arsenic biogeochemical cycle. Identification of the molecular details of microbial pathways of arsenic biotransformation coupled with analyses of microbial communities by meta-omics can provide insights into detailed aspects of the complexities of this biocycle. Arsenic transformations couple to other biogeochemical cycles, and to the fate of both nutrients and other toxic environmental contaminants. Microbial redox metabolism of iron, carbon, sulfur, and nitrogen affects the redox and bioavailability of arsenic species. In this critical review we illustrate the biogeochemical processes and genes involved in arsenic biotransformations. We discuss how current and future metagenomic-, metatranscriptomic-, metaproteomic-, and metabolomic-based methods will help to decipher individual microbial arsenic transformation processes, and their connections to other biogeochemical cycle. These insights will allow future use of microbial metabolic capabilities for new biotechnological solutions to environmental problems. To understand the complex nature of inorganic and organic arsenic species and the fate of environmental arsenic will require integrating systematic approaches with biogeochemical modeling. Finally, from the lessons learned from these studies of arsenic biogeochemistry, we will be able to predict how the environment changes arsenic, and, in response, how arsenic biotransformations change the environment.
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