在海洋表面之下，一种病毒正在劫持地球上最丰富的生物

赖斯大学的科学家正在分析当病毒噬菌体改变海洋生物，产生氧气并储存碳的光合细菌中电子转移时产生的铁氧还蛋白蛋白的作用。当病毒（粉红色）感染细菌时，它会产生铁氧还蛋白蛋白，该蛋白会与细菌现有的电子结构相联系，并改变其代谢。

水稻科学家分析了窃取电子的噬菌体蛋白的结构，机制。

在海洋表面之下，一种病毒正在劫持地球上最丰富的生物体的新陈代谢。这对我们这些呼吸的人来说可能是有趣的。

赖斯大学的科学家分析了当噬菌体改变海藻原球菌存储碳的能力并抵消因化石燃料消耗引起的温室气体效应时产生的铁氧还蛋白蛋白的作用。

滨海假单胞菌是一种光合作用的蓝细菌，主要存在于热带和亚热带，那里估计有10到27（十亿分之一）的人利用阳光产生氧气，并每年共同存储四十亿吨碳。其中一些碳为其他海洋生物提供了重要的原料。

但是噬菌体不是他们的朋友。该病毒通过窃取细菌从光中产生的能量来增强自身，重新编程其受害者的基因组，从而改变其转移电子的方式。

莱斯大学的博士后研究员，《生物化学杂志》的主要作者伊恩·坎贝尔说，海藻及其碳储存机制对温度很敏感，因此它在气候变化使海洋变暖并扩大其范围时值得关注。

他说：“海洋中这种生物的范围的增长可能会增加这些微生物存储的总碳。”“根据最近的一项预测，替代地，感染这些细菌的病毒可能会改变碳的固定方式，并有可能阻止每年从空中带走数以百万计的碳。”

赖斯大学的合成生物学家乔纳森·西尔伯格（Jonathan Silberg，左）和博士后研究员伊恩·坎贝尔（Ian Campbell）领导着一个小组，分析了当病毒噬菌体改变海洋生物，产生氧气并储存碳的光合细菌中电子转移时产生的铁氧还蛋白的作用。

坎贝尔说，这项研究的目的是探索病毒与宿主相互作用的各种方式。在此过程中，研究人员发现噬菌体控制了宿主自身电子流，重新控制了细菌的新陈代谢。他说：“当病毒感染时，它会关闭细菌蛋白的生产，并用其自身的变体代替它。”“我将其与将不同的操作系统放入计算机进行比较。”

研究人员使用合成生物学技术来混合和匹配噬菌体和蓝细菌蛋白，以研究它们如何相互作用。赖斯生物化学家乔治·菲利普斯（George Phillips）领导的部分研究还首次确定了主要的蓝藻铁氧还蛋白的结构。

赖斯合成生物学家乔纳森·席尔伯格说：“噬菌体通常会进入细胞并杀死一切。”该研究的首席科学家，该大学系统，合成与物理生物学计划的负责人乔纳森·席尔伯格说。

他说：“但伊恩的结果表明，这些噬菌体正在建立一种复杂的控制机制。”“我不会说他们已经僵化了主机，因为它们允许牢房继续自己做一些家务。但是他们还插入了自己的铁氧还蛋白，例如电源线，以微调电子流。”

坎贝尔和他的团队没有直接与蓝藻和海藻一起工作，而是使用合成生物学工具对更大，更易理解的大肠埃希氏菌进行了重新编程，以表达模仿两者之间相互作用的基因。

席尔伯格说：“从海洋中获取噬菌体和蓝细菌并试图研究生物学，尤其是电子流，真的很难做到。”“从字面上看，伊恩从噬菌体和宿主中吸收了伙伴，通过在另一个细胞系统中编码其DNA来将它们组合在一起，并能够快速产生一些有趣的结果。”

他说：“合成生物学用于理解复杂的事物是一种有趣的应用，否则这些事物将很难进行测量。”

研究人员怀疑他们在大肠杆菌中模拟的蛋白质，即Prochlorococcus P-SSM2噬菌体铁氧还蛋白，并不是什么新鲜事物。席尔伯格说：“人们知道噬菌体对电子传递的不同编码，但是他们不知道如何连接噬菌体和宿主之间的电线。”“他们对噬菌体的进化也知之甚少。结构清楚地表明，该噬菌体可以追溯到参与光合作用的特定祖先蛋白。”

参考：“原球菌噬菌体铁氧还蛋白：Ian J. Campbell，Jose Luis Olmos Jr.，Weijun Xu，Dimithree Kahanda，Joshua T Atkinson，Othneil Noble Sparks，Mitchell D. Miller，George N Phillips Jr.，George N. Bennett和Jonathan J.Silberg，2020年5月19日，《生物化学杂志》。
10.1074 / jbc.RA120.013501

该论文的共同作者是研究生Jose J. Luis Olmos Jr.，研究技术员Xu Weijun，博士后研究员Dimithree Kahanda和Joshua Atkinson，大学毕业生Othneil Noble Sparks，研究科学家Mitchell Miller和George Bennett，E。Dell Butcher教授。生物科学和化学与生物分子工程教授。菲利普斯（Phillips）是生物科学教授。席尔伯格（Silberg）是斯图尔特（Stewart）生物化学纪念教授，也是生物科学，生物工程，化学和生物分子工程学教授。

能源部，美国国家航空航天局（NASA），美国国家科学基金会，摩尔基金会，美国国家癌症研究所和美国国家普通医学研究所为这项研究提供了支持。