齐西细菌：重塑我们对细菌多样性理解的神秘微生物。发现它们的隐藏角色、独特基因组学和环境影响。
介绍：齐西细菌是什么？
齐西细菌是最近描述的一种相对神秘的细菌门，属于候选门辐射（CPR），这是一个主要通过环境DNA测序而非培养而知名的庞大细菌群体。齐西细菌最初是通过地下水和沉积物样本的宏基因组分析发现的，之后在多种环境中被检测到，包括深层地下栖息地、海洋沉积物和污染场所。这些细菌的特征是基因组小且代谢能力有限，暗示它们在生存上依赖于其他生物或特定的环境条件。齐西细菌的发现扩展了我们对微生物多样性和微生物生态系统复杂性的理解，尤其是在以前认为生物活性较低的环境中。它们在多样和往往极端栖息地的存在，突显了它们潜在的生态重要性和适应性。尽管齐西细菌广泛分布，但关于它们的许多特征仍然未知，包括它们的确切代谢角色、与其他微生物的相互作用，以及在生物技术或环境修复中的潜在应用。正在进行的研究利用宏基因组学和单细胞基因组学的进展，继续揭示这一有趣细菌群体的进化历史和功能潜力 国家生物技术信息中心， 自然 – ISME 期刊。随着更多基因组的恢复和分析，科学家们预计将发现齐西细菌所采用的新型生化途径和生态策略，进一步阐明其在全球生物地球化学循环中的作用。
齐西细菌的发现与分类
齐西细菌是通过对多样且往往极端环境（如含水层和地下沉积物）的宏基因组测序努力首次识别的。它们的发现是为了编纂所谓的“微生物暗物质”——那些逃避培养和传统微生物学研究的微生物。齐西细菌的首次检测发生在2013年，研究人员从环境DNA样本中重建了它们的基因组，揭示了在候选门辐射（CPR）组中一个之前未被认识的细菌谱系 自然。
在分类上，齐西细菌被归类在齐西细菌门内，该门是更大的 CPR 超门的一部分。该超门包含大量基因组小且代谢能力有限的细菌，其中许多被认为依赖于与其他微生物的共生或协同营养关系。齐西细菌的分类主要基于16S rRNA基因序列的系统发育分析和全基因组比较，因为还没有代表性菌株被孤立于纯培养中 国家生物技术信息中心。
将齐西细菌认定为一个独特谱系，拓展了我们对细菌多样性和进化的理解，特别是在地下和缺氧环境中。正在进行的基因组研究继续完善它们的分类，并揭示它们的生态角色、代谢潜力以及与其他 CPR 细菌的进化关系，目前最新的微生物学意见。
基因组特征和代谢能力
齐西细菌，作为候选门辐射（CPR）的一员，具有高度简化的基因组，反映出它们对特定生态位的适应。基因组分析显示，齐西细菌的基因组通常较小，通常少于2兆碱基，编码的代谢途径有限。值得注意的是，这些细菌缺乏与合成必需细胞成分（如某些氨基酸和维生素）相关的许多基因，暗示它们对于这些营养素依赖于环境来源或与其他微生物的协同关系 国家生物技术信息中心。
在代谢上，齐西细菌被预测为厌氧型，基因组证据支持其存在发酵途径。它们的基因组编码了糖酵解和部分三羧酸（TCA）循环活性的酶，但它们通常缺乏完整的电子传递链，表明呼吸能力有限。一些齐西细菌具有氢化酶和甲酸脱氢酶的基因，暗示它们在氢和甲酸代谢中可能发挥的作用，这可能有助于在缺氧环境中实现能量保存 自然 – ISME 期刊。
此外，齐西细菌的基因组通常包含与复杂有机化合物（如碳水化合物和肽）的摄取和降解有关的转运蛋白和酶的基因。这支持了它们参与微生物群落内有机物降解的假设。降低的生物合成能力与特化的代谢功能的结合，突显了齐西细菌作为营养循环贡献者在多样环境中的生态重要性，目前最新的微生物学意见。
生态角色与环境分布
齐西细菌，作为候选门辐射（CPR）的一员，由于其在多样环境中的广泛而隐秘的存在而受到关注。宏基因组调查显示，齐西细菌在全球范围广泛分布，栖息于包括地下水、海洋沉积物、土壤以及甚至极端环境（如深层地下含水层和热液喷口）在内的各种生态系统。它们在有氧和缺氧栖息地中的检测，表明其具有惊人的生态多样性 国家生物技术信息中心。
在生态上，齐西细菌被认为在生物地球化学循环中发挥重要作用，特别是在碳和硫循环中。基因组分析表明，许多齐西细菌具有发酵和厌氧呼吸的基因，暗示其参与低氧条件下有机物的降解。一些谱系可能还参与协同营养关系，依赖于与其他微生物的代谢相互作用以完成能量生成过程 自然 – ISME 期刊。
尽管它们数量众多，齐西细菌仍然在很大程度上未被培养，其确切的生态功能主要通过宏基因组和单细胞基因组数据推测。它们的小基因组和有限的生物合成能力暗示依赖于环境或宿主来源的营养，从而进一步支持了它们占据特定生态位的假设。正在进行的研究旨在阐明它们在生态系统功能中的作用以及与其他微生物群体成员的潜在相互作用，目前最新的微生物学意见。
在生物技术和工业中的潜在应用
齐西细菌，作为候选门辐射（CPR）的一员，因其独特的代谢能力和生态角色而越来越受到生物技术和工业应用的关注。基因组分析表明，齐西细菌具有涉及复杂有机化合物降解的基因，包括芳香烃和多糖，这些对生物修复和废物处理过程具有重要的兴趣。它们参与难以降解材料的降解能力，可以被利用来提高工业废水处理的效率或将农业残余物转化为增值产品。
此外，齐西细菌通常发现于营养有限和极端条件的环境中，如深层地下沉积物和受污染的含水层。这种韧性表明存在新型酶和代谢途径，可以用于需要强大生物催化剂的工业过程，如在特种化学品合成或有害物质的去毒化中。齐西细菌中独特酶的发现也可能有助于合成生物学和代谢工程新工具的开发。
尽管这些前景看好，但在实验室条件下培养齐西细菌仍然具有挑战性，限制了其生物技术潜力的直接实验验证。然而，宏基因组学和单细胞基因组学的进展使研究人员能够重建代谢途径并识别候选基因，以便在模式生物中进行异源表达。继续探索齐西细菌的功能谱可能会为可持续工业过程和环境管理开辟新的解决方案（自然出版集团， 国家生物技术信息中心）。
培养和研究中的挑战
齐西细菌，作为候选门辐射（CPR）的一员，由于其独特的生理和生态特性，在培养和研究中面临重大挑战。其中一个主要障碍是它们显然依赖于与其他微生物的协同关系，这使得使用标准实验室培养基孤立生长它们变得复杂。它们的基因组往往缺乏必需的生物合成过程的完整途径，这表明它们依赖外部来源获取关键代谢物和营养素。这种代谢依赖性使得在体外重建其生存和繁殖所需的精确环境条件变得困难 自然出版集团。
此外，齐西细菌通常在复杂微生物群落中以低丰度存在，如地下水、沉积物和地下环境。它们的稀缺性和缺乏独特形态特征使得使用传统微生物学技术进行检测和分离变得困难。宏基因组测序的进展使研究人员能够直接从环境样本中重建齐西细菌基因组，绕过了培养的需要。然而，这种方法提供的关于它们的生理、生态角色和与其他生物的相互作用的信息有限 国家生物技术信息中心。
尝试培养齐西细菌的工作还因其生长速度缓慢以及对环境参数（如pH、温度和营养供应）变化的敏感性而复杂化。因此，关于齐西细菌的许多知识来自基因组和生物信息分析，而非直接实验观察。克服这些挑战将需要创新的共培养策略和针对 CPR 细菌独特要求开发的新培养技术，来自 Elsevier。
未来研究方向和未解问题
尽管最近在齐西细菌的识别和基因组特征方面取得了进展，但其生物学、生态和进化重要性等许多方面仍然理解不够。未来的研究方向应优先考虑在实验室条件下培养齐西细菌，因为当前大多数知识源于宏基因组数据和单细胞基因组学。成功的分离将能够使直接的生理和代谢研究成为可能，阐明它们在生物地球化学循环中的作用，特别是在缺氧环境中的碳和硫转化中。
未来调查的另一个关键领域是齐西细菌在不同栖息地中的生态分布和功能多样性。尽管它们在含水层、海洋沉积物和受污染地点等多样环境中被检测到，但控制其丰度、群落相互作用和生态位特化的因素仍然很大程度上未知。稳定同位素探针和宏转录组学等先进技术可以帮助阐明它们在原位的活动和与其他微生物的相互作用。
关于齐西细菌在更广泛的细菌领域中的进化起源和关系，仍然存在未解的问题。它们在候选门辐射（CPR）中的位置暗示了一种独特的进化轨迹，但缺乏培养的代表性菌株和有限的基因组数据阻碍了稳健的系统发育分析。比较基因组学和扩展的环境采样可能会揭示新谱系，并阐明塑造它们基因组和生活方式的进化压力。
最后，齐西细菌的潜在生物技术应用，例如在生物修复或新型代谢途径中的应用，仍然是推测性的。针对其代谢能力和在极端环境中的耐受性的研究，可能会发现宝贵的特性以应用于科学。继续进行跨学科的努力将对填补这些知识空白并充分理解齐西细菌在微生物生态与进化中的重要性至关重要（国家生物技术信息中心）。
来源与参考
