OCE-PRF: Symbiosis unbound? Investigating the physiology, genome, and proteome of Thiotaurens thiomutagens, a novel marine sulfide-oxidizing bacterium

OCE-PRF:共生不受束缚?

基本信息

  • 批准号:
    1225663
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 17万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-12-01 至 2014-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In this project, the investigator will examine the physiology of an elusive group of basal chemoautotrophic Gammaproteobacteria and the thiotrophic pathway found exclusively in bacterial-animal host associations.A large number of basal sub-clades within the Gammaproteobacteria are marine biogeochemically-important sulfide-oxidizing autotrophs; but few have been cultivated and knowledge of their ecophysiologies remains limited. Some of these bacteria engage in symbiotic lifestyles with marine invertebrates in sulfidic habitats, where they detoxify sulfide for the host, and in some cases serve as the host's sole food source. Most of these endosymbionts have a free-living stage prior to infecting, or being taken up by the host animal. But to date, there is not a single strain of thiotrophic bacterial symbiont in cultivation and little is known about their ecophysiologies and biochemical interactions with their hosts. The investigator recently isolated a sulfide-oxidizing Gammaproteobacteria within the same sub-clade that includes many endosymbiotic strains with a free-living stage, dubbed Thiotaurens thiomutagens. Like many endosymbionts adapted to hypoxic regimes, this strain fixes carbon into biomass under low atmospheric oxygen or via denitrification using the oxygen-sensitive enzyme RuBisCO Form II. This strain exhibits unusual growth patterns on organic acids, one of which is that it appears to preferentially use an organic acid such as succinate, as an energy source to fix carbon dioxide. T. thiomutagens may be the first obligate autotrophic bacterium which fixes carbon solely with RuBisCO Form II in culture. Preliminary tests suggest that the ecophysiology of T. thiomutagens may be very similar to that of thiotrophic endosymbionts. This project will enable the investigator to further elucidate the physiology of T. thiomutagens through a combination of cultivation experiments, genomics, and proteomics. The cultivation approach will result in the formal recognition and description of T. thiomutagens. The sequenced genome will be compared with published genomes of endosymbiont thiotrophs to aid in the determination of whether T. thiomutagens may serve as a proxy for endosymbionts in future studies and determine whether it may also be an ecotype representative of the early radiation of the Gammaproteobacteria. Two proteomics studies are proposed using a recently developed mass spectrometry technique. The first study will elucidate the pathway for thiotaurine utilization and the second study will elucidate the pathways invoked during growth on succinate during and after the uptake of exogenous carbon dioxide. The broadening participation goals involve mentoring five to six other military veterans at a time through the course of their academic careers at the University of Minnesota. The investigator is a Howard Hughes Medical Institute research mentor to transfer students in biology and will continue to mentor undergraduates in research during this project. In addition, the investigator will organize a session on symbioses at the Society for Chicanos and Native Americans in Science National Conference, attended primarily by undergraduate students. This project is supported under the NSF Ocean Sciences Postdoctoral Research Fellowship (OCE PRF) program, with goals to support novel research by early career scientists and increase the diversity of the U.S. ocean sciences workforce and research community. With OCE-PRF support, this project will enable a promising early career researcher to establish themselves in an independent research career related to ocean sciences and broaden participation of under-represented groups in the ocean sciences.
在本项目中,研究者将研究一组难以捉摸的基础化学自养γ-变形菌的生理学和硫营养途径中发现的细菌-动物宿主associations.A大量的基础亚分支的γ-变形菌是海洋生物化学重要的硫化物氧化自养生物,但很少有人被培养和他们的生态生理学知识仍然有限。这些细菌中的一些与硫化物栖息地的海洋无脊椎动物共生,在那里它们为宿主解毒硫化物,在某些情况下作为宿主的唯一食物来源。这些内共生体中的大多数在感染或被宿主动物吸收之前具有自由生活阶段。但迄今为止,还没有一个单一的硫营养细菌共生体的培养和知之甚少,他们的生态生理和生化与他们的主机相互作用。研究人员最近在同一个亚支中分离出了一种硫化物氧化γ-变形菌,其中包括许多具有自由生活阶段的内共生菌株,被称为硫牛硫变菌。像许多适应低氧状态的内共生体一样,该菌株在低大气氧下或通过使用氧敏感酶RuBisCO II型的反硝化作用将碳固定到生物质中。该菌株在有机酸上表现出不同寻常的生长模式,其中之一是它似乎优先使用琥珀酸等有机酸作为固定二氧化碳的能源。T.硫致突变菌可能是第一种在培养物中仅用RuBisCO形式II固定碳的专性自养细菌。初步试验表明,T.硫诱变剂可能与硫营养内共生体非常相似。该项目将使研究者能够进一步阐明T.通过培养实验、基因组学和蛋白质组学的组合,研究硫致突变剂。这种培养方法将导致对T.硫致突变剂。测序的基因组将与已发表的内共生体硫营养菌的基因组进行比较,以帮助确定T。硫诱变剂可以作为内共生体在未来的研究中的代理,并确定它是否也可能是早期辐射的γ-变形菌的一个生态型代表。两个蛋白质组学研究提出了使用最近开发的质谱技术。第一项研究将阐明硫代牛磺酸利用的途径,第二项研究将阐明在摄取外源性二氧化碳期间和之后在琥珀酸盐上生长期间调用的途径。扩大参与的目标包括通过他们在明尼苏达大学的学术生涯,一次指导五到六名其他退伍军人。该研究员是霍华德休斯医学研究所的研究导师,负责转移生物学学生,并将在本项目期间继续指导本科生的研究。此外,研究人员将在科学全国会议上组织一次关于共生的会议,主要由本科生参加。该项目得到了NSF海洋科学博士后研究奖学金(OCE PRF)计划的支持,其目标是支持早期职业科学家的新研究,并增加美国海洋科学劳动力和研究社区的多样性。在海洋环境组织-太平洋研究基金的支持下,该项目将使有前途的早期职业研究人员能够在与海洋科学有关的独立研究生涯中立足,并扩大代表性不足的群体对海洋科学的参与。

项目成果

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