土壤微生物也“吃”多酚

水果、蔬菜、紅酒和巧克力都富含多酚，這是一種天然的植物化合物，具有抗癌抗氧化劑的雙重作用。人們可以獲得這些食物的健康益處，因?yàn)槟c道中的微生物會愉快地享用它們，將其分解成更小的化學(xué)成分。

美國科羅拉多州立大學(xué)土壤與作物科學(xué)副教授Kelly Wrighton領(lǐng)導(dǎo)一個科研團(tuán)隊(duì)想知道，微生物，例如土壤中的微生物，能否分解人體外系統(tǒng)中同樣的多酚。

近日，他們在發(fā)表于《自然—通訊》的論文中提出了一個最新理論，即在土壤——很像人類的腸道中，多酚可以成為生活在那里的微生物的食物來源。研究結(jié)果可能推翻一個長期以來的理論，即在某些條件下，土壤微生物無法獲取多酚，因此可以被用作碳“捕集器”，以減少大氣中的溫室氣體。

“我們的研究打開了進(jìn)一步研究多酚代謝及其如何適應(yīng)自然碳循環(huán)的大門?！闭撐牡谝蛔髡摺⑼寥琅c作物科學(xué)博士Bridget McGivern說。

研究人員在實(shí)驗(yàn)室對土壤樣本進(jìn)行了高分辨率化學(xué)分析和精確監(jiān)測。結(jié)果證明，在無氧條件下，土壤中的微生物確實(shí)能分解多酚類物質(zhì)，可能會釋放二氧化碳。

這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與長期存在的“酶鎖”理論背道而馳，該理論認(rèn)為，在濕地、泥炭地等地，當(dāng)氧氣無法自由獲取時，土壤微生物不會代謝多酚。如果多酚類物質(zhì)在無氧土壤中未被“消化”的事實(shí)屬實(shí)，那就意味著用這些化合物填充土壤可能成為一個碳匯。

“我們知道多酚是非常粘稠的，因此人們認(rèn)為，在土壤中，多酚不僅自身不會被分解，而且會附著在土壤中的其他碳和酶上，防止其他物質(zhì)進(jìn)一步分解。所以大家覺得，如果有一個已經(jīng)崩潰的系統(tǒng)，比如退化的濕地，就可以往這個系統(tǒng)里添加含多酚的木屑等，再次淹沒它，鎖住所有的碳?！?Wrighton對此進(jìn)行了解釋。

腸道也是無氧環(huán)境，多酚在人體腸道中是如何分解的已經(jīng)廣為人知?！岸喾宇愇镔|(zhì)的分解必須發(fā)生在腸道中，這樣我們才能獲得這些抗氧化劑，才能欣賞巧克力、紅酒以及它們的所有好處?！盬righton說。

但到另一個生態(tài)系統(tǒng)，這些化合物的行為有著完全不同的范式。Wrighton推測，也可能是土壤環(huán)境的內(nèi)在復(fù)雜性造成了多酚在那里表現(xiàn)不同的原因?；谶@個假設(shè)以及可用的先進(jìn)化學(xué)工具，他們著手測試土壤中的微生物是否真的能在無氧條件下分解多酚。

能源部聯(lián)合基因組研究所的合作者對土壤微生物組進(jìn)行了宏基因組測序，提供了在微生物群落中發(fā)現(xiàn)的每個基因的“快照”。環(huán)境分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的合作者進(jìn)行了元蛋白質(zhì)組學(xué)研究，提供了樣本中哪些基因表達(dá)哪些蛋白質(zhì)的信息。

研究小組進(jìn)一步分析了3種高分辨率、代謝識別化學(xué)物質(zhì)。他們必須弄清楚哪些分子來自有機(jī)聚合物，哪些是土壤基質(zhì)的背景噪聲。結(jié)果是，復(fù)雜的多酚化合物被微生物分離成小分子組分。

既然研究小組已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中證明了多酚是無氧區(qū)土壤微生物的食物來源，那么下一步就是探究其在野外環(huán)境中能否表現(xiàn)出同樣的行為。于是研究小組希望在瑞典的永久凍土系統(tǒng)中測試他們的理論。因?yàn)楹芏嗳苏J(rèn)為其通過固碳具有減少溫室氣體的潛力。

McGivern說，不過首先要做的是，建立一個計算基礎(chǔ)平臺，以更好地分類和識別與微生物多酚代謝相關(guān)的不同的酶。

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