What's new

Microbiology: Algae and the vitamin mosaic

#1
Microbiology: Algae and the vitamin mosaic
Robert A. Andersen1

Top of pageAbstractThe requirements for vitamin B12 vary among algal species in a seemingly inexplicable pattern. A study that exploits genomic data now provides enlightenment — and evidence of symbioses with bacteria.


Animals require vitamin B12 in their diets but plants don't. Algal requirements, on the other hand, present a complicated picture. Many algae must take up vitamin B12 (like animals) whereas many others do not (like plants)1, and there is no evolutionary pattern to these requirements. Even different isolates of the same species can have different demands2.

On page 90 of this issue3, Croft et al. provide an explanation for this baffling mosaic of algal vitamin-B12 requirements. And they go a step further. For algae that require an external source of vitamin B12, they provide convincing evidence of an algal–bacterial symbiosis in which algal carbon-rich exudates are exchanged for the vitamin produced by the bacteria. For these algae, vitamin B12, they find, is an essential co-factor for an enzyme on a pathway that produces the amino acid methionine.

When algal species were first cultured more than 100 years ago, they were grown on a defined plant culture medium that lacked vitamins4. But some algae could not be grown in this way, and soil extract was added to the medium for these 'unculturable' organisms5. The soil provided, among other nutrients, an unrecognized source of vitamins, making it possible to culture most species of algae. In 1948, liver extract was shown to improve the growth of Euglena6 and evidence for a vitamin-B12 requirement in algae came one year later7. Shortly thereafter, Euglena and Poterioo-chromonas became important bioassay organisms for detecting vitamin-B12 deficiencies in human blood and urine samples1. By 1980, vitamin-B12 requirements were known for approximately 400 algal strains8, but after this, studies on the topic almost ceased.

Croft et al.3 have picked up the baton. They started by re-examining the vitamin-B12 requirements of some algal strains. Their results were identical to previous reports. Puzzled by the lack of an evolutionary pattern for vitamin-B12 requirements among algae, they searched for genes encoding vitamin-B12-dependent enzymes in the genomes of the green alga Chlamydomonas, the red alga Cyanidioschizon and the brown diatom Thalassiosira.

They found that Chlamydomonas and Cyanidioschizon have both a vitamin-B12-dependent methionine synthase gene (metH) and a vitamin-B12-independent methionine synthase gene (metE). Both organisms can grow without an external vitamin source. Croft et al. further showed that Chlamydomonas preferentially used the metH gene when vitamin B12 was available, but used the metE gene when vitamin B12 was absent. Conversely, they found only the vitamin-B12-dependent methionine synthase gene (metH) in the Thalassiosira genome, an alga with an absolute requirement for this vitamin9.

Presumably, the ancestors of algae had both genes, and numerous independent losses of either the metE or metH gene subsequently occurred over evolutionary time. Remarkably, descendants seem to have continued to arise almost exclusively from ancestors with both genes — which explains why we do not find lineages (as we do with plants and animals) with either one gene type or the other. The scattered losses produced the evolutionary mosaic at the level of species or even strain.

Croft et al.3 also provide evidence that a bacterium, Halomonas, upregulates the biosynthesis of vitamin B12 when in the presence of algal exudates. Many algae are members of a loose taxonomic grouping known as the protists. These are often unicellular and include such organisms as Amoeba and Paramecium. The phenomenon of endosymbiosis, in which one organism (such as a bacterium) takes up residence inside another, to mutual benefit, has been thoroughly studied in protists, especially with regard to the origins of the chloroplast and mitochondrion. But possible ectosymbioses — literally, more superficial relationships — involving bacteria and algae have received less attention.

An earlier investigation did indeed show that Thalassiosira and other marine diatoms, all of which require vitamin B12, could be grown without the vitamin when bacterial cultures were added to the diatom cultures10. Such studies hinted at the existence of a symbiotic relationship. But unlike Croft et al., the authors of this study did not identify the bacteria involved or the specific genes (or enzymes) concerned, and they did not demonstrate upregulation of a bacterial gene in response to a chemical signal from the algae.

Croft and colleagues' approach3 could profitably be adopted more broadly, because protists have a much wider variety of basic biochemical pathways than do either animals or plants. We can hope that the enzymatic pathways leading to other amino acids, sugars, lipids and so forth — which have long been known to be diverse in protists and to show similar evolutionary mosaic patterns11 — will likewise be examined using the genome data now available. It is likely that additional symbiotic vitamin-B12-producing bacteria will be identified, and that other vitamins are produced by symbiotic bacteria.

But non-symbiotic bacterial sources of vitamins may be equally or more important. For example, concentrations of vitamin B12 in the oceans vary with season, and there is strong circumstantial evidence that this vitamin is produced on the ocean floor at depths where darkness makes it unlikely that an algal–bacterial symbiosis can exist12.

Clearly, the paper by Croft et al. doesn't answer all questions. But it greatly advances our understanding of why the vitamin-B12 requirements are so sporadic among the algae, and also points to an enticing variety of research opportunities.

Nature 438, 33-35 (3 November 2005) | doi: 10.1038/438033a
 

Nguyễn Xuân Hưng

Administrator
Many algae must take up vitamin B12 (like animals) whereas many others do not (like plants), and there is no evolutionary pattern (mẫu số tiến hóa chung) to these requirements.
Theo tôi là "mô hình tiến hóa" chứ.

They found that Chlamydomonas and Cyanidioschizon have both a vitamin-B12-dependent methionine synthase gene (gene xúc tác tổng hợp methionine phụ thuộc vitamin-B12 ?- metH) and a vitamin-B12-independent methionine synthase gene (gene xúc tác tổng hợp methionine không phụ thuộc vitamin-B12 ?- ?metE).
Theo tôi là "gene mã hóa enzyme methionine synthase phụ thuộc VTM B12", tương tự cho trường hợp sau.
 
Nguyễn Xuân Hưng said:
Many algae must take up vitamin B12 (like animals) whereas many others do not (like plants), and there is no evolutionary pattern (mẫu số tiến hóa chung) to these requirements.
Theo tôi là "mô hình tiến hóa" chứ.

They found that Chlamydomonas and Cyanidioschizon have both a vitamin-B12-dependent methionine synthase gene (gene xúc tác tổng hợp methionine phụ thuộc vitamin-B12  - metH) and a vitamin-B12-independent methionine synthase gene (gene xúc tác tổng hợp methionine không phụ thuộc vitamin-B12  -  metE).
Theo tôi là "gene mã hóa enzyme methionine synthase phụ thuộc VTM B12", tương tự cho trường hợp sau.

01- Mô hình tiến hóa - evolutionary model có sắc thái hoàn toàn khác với evolutionay pattern. Chữ pattern có thể là kiểu, phương thức, hay như tui làm cho câu văn nhẹ nhàng đi trong ngữ cảnh của bài là "mẫu số tiến hóa chung".

02- Đúng là tui đánh thiếu cụm từ mã hóa enzyme ,


synthase là cái đuôi được thêm vào 1 cơ chất, khi đó công thức: cơ chất + synthase để chỉ tên enzmye xúc tác quá trình tổng hợp cơ chất này.

Do đó methionine synthase ?chính là enzyme (có khi là nhóm enzyme) tham gia xúc tác tổng hợp methionine.

Để nguyên methionine synthase ?thì không sai, nhưng coi chừng người ta bảo mình kô biết danh pháp enzyme.

vì thế

vitamin-B12-dependent methionine synthase gene
dịch là

gene mã hóa enzyme xúc tác tổng hợp methionine phụ thuộc vitamin-B12
 

Nguyễn Xuân Hưng

Administrator
01- Mô hình tiến hóa - evolutionary model có sắc thái hoàn toàn khác với evolutionay pattern. Chữ pattern có thể là kiểu, phương thức, hay như tui làm cho câu văn nhẹ nhàng đi trong ngữ cảnh của bài là "mẫu số tiến hóa chung".
Đồng ý. Nhưng theo tôi nên dịch là phương thức tiến hóa nghe dễ hiểu và hình dung hơn.

synthase là cái đuôi được thêm vào 1 cơ chất, khi đó công thức: cơ chất + synthase để chỉ tên enzmye xúc tác quá trình tổng hợp cơ chất này.

Do đó methionine synthase  chính là enzyme (có khi là nhóm enzyme) tham gia xúc tác tổng hợp methionine.
Cái này hoàn toàn đúng

Để nguyên methionine synthase  thì không sai, nhưng coi chừng người ta bảo mình kô biết danh pháp enzyme.
Cái này thì tôi không đồng ý.

Trong trường hợp này methionine synthase là tên của enzyme. Nó cho biết enzyme này có khả năng tổng hợp methionine. Vì vậy việc để nguyên tên là hoàn toàn đúng đắn và tốt hơn so với dịch là "enzyme tham gia xúc tác tổng hợp methionine" (dịch vậy người đọc tiếng Việt không hình dung ra được tên của enzyme này là gì và dài dòng không cần thiết). Chẳng hạn DNA polymerase khi dịch người ta cũng để nguyên chứ hiếm khi chuyển thành enzyme tham gia xúc tác polymer hóa DNA.
 
Nguyễn Xuân Hưng said:
01- Mô hình tiến hóa - evolutionary model có sắc thái hoàn toàn khác với evolutionay pattern. Chữ pattern có thể là kiểu, phương thức, hay như tui làm cho câu văn nhẹ nhàng đi trong ngữ cảnh của bài là "mẫu số tiến hóa chung".
Đồng ý. Nhưng theo tôi nên dịch là phương thức tiến hóa nghe dễ hiểu và hình dung hơn.

synthase là cái đuôi được thêm vào 1 cơ chất, khi đó công thức: cơ chất + synthase để chỉ tên enzmye xúc tác quá trình tổng hợp cơ chất này.

Do đó methionine synthase  chính là enzyme (có khi là nhóm enzyme) tham gia xúc tác tổng hợp methionine.
Cái này hoàn toàn đúng

Để nguyên methionine synthase  thì không sai, nhưng coi chừng người ta bảo mình kô biết danh pháp enzyme.
Cái này thì tôi không đồng ý.

Trong trường hợp này methionine synthase là tên của enzyme. Nó cho biết enzyme này có khả năng tổng hợp methionine. Vì vậy việc để nguyên tên là hoàn toàn đúng đắn và tốt hơn so với dịch là "enzyme tham gia xúc tác tổng hợp methionine" (dịch vậy người đọc tiếng Việt không hình dung ra được tên của enzyme này là gì và dài dòng không cần thiết). Chẳng hạn DNA polymerase khi dịch người ta cũng để nguyên chứ hiếm khi chuyển thành enzyme tham gia xúc tác polymer hóa DNA.

Lập luận của bạn kô làm thay đổi được quyết định của tôi.
 
Em dịch thử các bác xem nhé, bài này có mấy câu trúc câu hơi phức tạp nên em dịch thoáng nghĩa không biết có đúng không nữa

Microbiology: Algae and the vitamin mosaic
Vi sinh học: Tảo và sự khảm vitamin (không đồng đều về nhu cầu vitamin)

The requirements for vitamin B12 vary among algal species in a seemingly inexplicable pattern. A study that exploits genomic data now provides enlightenment — and evidence of symbioses with bacteria. Animals require vitamin B12 in their diets but plants don't. Algal requirements, on the other hand, present a complicated picture. Many algae must take up vitamin B12 (like animals) whereas many others do not (like plants), and there is no evolutionary pattern to these requirements. Even different isolates of the same species can have different demands.

Nhu cầu về vitamin B12 thay đổi giữa các loài tảo theo một mô hình có vẻ như không thể giải thích được. Một nghiên cứu khai thác dữ liệu gen đã cung cấp thông tin và bằng chứng về sự cộng sinh của tảo với vi khuẩn. Động vật đòi hỏi vitamin B12 trong khẩu phần ăn của chúng nhưng thực vật thì không. ?Trong khi đó, nhu cầu của tảo về vitamin B12 thể hiện một bức tranh phức tạp. Nhiều loài tảo cần nguồn cung cấp vitamin B12 (như động vật), nhưng một vài loài thì không (như thực vật), và không có một phương thức tiến hoá chung nào cho những nhu cầu này. Thậm chí phương pháp phân lập khác nhau cũng có thể dẫn đến nhu cầu khác nhau của cùng một loài.

On page 90 of this issue, Croft et al. provide an explanation for this baffling mosaic of algal vitamin-B12 requirements. And they go a step further. For algae that require an external source of vitamin B12, they provide convincing evidence of an algal–bacterial symbiosis in which algal carbon-rich exudates are exchanged for the vitamin produced by the bacteria. For these algae, vitamin B12, they find, is an essential co-factor for an enzyme on a pathway that produces the amino acid methionine.

Ở trang 90 của tạp chí này, Croft và cộng sự cung cấp một sự giải thích cho các mảnh ghép rối rắm về nhu cầu vitamin B12 của tảo. Và họ đã đi đến một bước xa hơn. Đối với các loài tảo cần nguồn vitamin B12 ở bên ngoài, họ cung cấp những bằng chứng thuyết phục về sự cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn, mà trong đó các dịch rỉ giàu nguồn cacbon của tảo được trao đổi với vitamin được tổng hợp bởi vi khuẩn. Đối với các loài tảo không cần nguồn cung cấp vitamin B12, họ tìm thấy một co-factor hiệu quả cho một enzym trong con đường tổng hợp amino acid methionie.

When algal species were first cultured more than 100 years ago, they were grown on a defined plant culture medium that lacked vitamins. But some algae could not be grown in this way, and soil extract was added to the medium for these 'unculturable' organisms. The soil provided, among other nutrients, an unrecognized source of vitamins, making it possible to culture most species of algae. In 1948, liver extract was shown to improve the growth of Euglena and evidence for a vitamin-B12 requirement in algae came one year later. Shortly thereafter, Euglena and Poterioo-chromonas became important bioassay organisms for detecting vitamin-B12 deficiencies in human blood and urine samples. By 1980, vitamin-B12 requirements were known for approximately 400 algal strains, but after this, studies on the topic almost ceased.

Khi các loài tảo lần đầu tiên được nuôi cấy thành công khoảng hơn 100 năm trước đây, chúng được nuôi cấy trên môi trường mang tính chất của thực vật và thiếu các loại vitamin. Nhưng một vài loài tảo không thể phát triển theo cách này, và dịch đất đã được thêm vào môi trường đối với những sinh vật không thể nuôi cấy trong môi trường trên. Ngoài các chất dinh dưỡng khác, đất còn cung cấp các nguồn vitamin không nhận thấy được, làm cho có thể nuôi cấy được hầu hết các loài tảo. Vào năm 1948, dịch chiết gan đã cải thiện sự phát triển của Euglena và chứng minh sự cần thiết của vitamin B12 đối với tảo một năm sau đó. Một thời gian ngắn sau, Euglena và Poterioo-chromonas trở thành sinh vật chỉ thị sinh học quan trọng để phát hiện sự thiếu vitamin B12 ở máu và nước tiểu của người. Khoảng năm 1980, nhu cầu vitamin B12 được nhận thấy ở khoảng 400 dòng tảo, nhưng sau đó những nghiên cứu về chủ đề này cũng dừng lại.

Croft et al. have picked up the baton. They started by re-examining the vitamin-B12 requirements of some algal strains. Their results were identical to previous reports. Puzzled by the lack of an evolutionary pattern for vitamin-B12 requirements among algae, they searched for genes encoding vitamin-B12-dependent enzymes in the genomes of the green alga Chlamydomonas, the red alga Cyanidioschizon and the brown diatom Thalassiosira.

Croft và đồng sự đã nối tiếp việc nghiên cứu đề tài này, họ bắt đầu khảo sát lại nhu cầu vitamin B12 của một vài dòng tảo. Kết quả của học đã được thể hiện ở các báo cáo trước. Bối rối bởi sự thiếu một mô hình tiến hoá chung về nhu cầu vitamin B12 giữa các loài tảo, họ tìm kiếm các gen mã hoá cho các enzym phụ thuộc vitamin B12 trong bộ gen của tảo xanh Chlamydomonas, tảo đỏ Cyanidioschizon và tảo cát nâu Thalassiosira.
They found that Chlamydomonas and Cyanidioschizon have both a vitamin-B12-dependent methionine synthase gene (metH) and a vitamin-B12-independent methionine synthase gene (metE). Both organisms can grow without an external vitamin source. Croft et al. further showed that Chlamydomonas preferentially used the metH gene when vitamin B12 was available, but used the metE gene when vitamin B12 was absent. Conversely, they found only the vitamin-B12-dependent methionine synthase gene (metH) in the Thalassiosira genome, an alga with an absolute requirement for this vitamin.

Họ phát hiện rằng Chlamydomonas và Cyanidioschizon đều có một gen mã hoá cho enzym tổng hợp methionine phụ thuộc vitamin B12 (metH) và một gen mã hoá cho enzym tổng hợp methionine ?không phụ thuộc vitamin B12 (metE). Cả hai sinh vật này có thể phát triển mà không cần nguồn vitamin bên ngoài. Xa hơn, Croft và cộng sự thể hiện rằng Chlamydomonas ưu tiên sử dụng gen metH khi nguồn vitamin B12 sẵn có, nhưng sẽ sử sụng gen metE khi vắng mặt vitamin B12. Trái lại họ chỉ tìm thấy ?gen metH ở bộ gen Thalassiosira, một loại tảo có nhu cầu hoàn toàn với vitamin này.

Presumably, the ancestors of algae had both genes, and numerous independent losses of either the metE or metH gene subsequently occurred over evolutionary time. Remarkably, descendants seem to have continued to arise almost exclusively from ancestors with both genes — which explains why we do not find lineages (as we do with plants and animals) with either one gene type or the other. The scattered losses produced the evolutionary mosaic at the level of species or even strain.

Có thể đoán rằng các tổ tiên của loài tảo có cả hai gen này và sau đó có nhiều sự mất đi gen metH hay metE độc lập với nhau xuất hiện trong giai đoạn tiến hoá. Đáng chú ý là thế hệ con cháu vẫn tiếp tục có những phát sinh đối với cả hai gen này so với thế hệ tổ tiên, điều này giải thích tại sao chúng ta không tìm thấy những dòng giống một loại gen này hay gen khác (như chúng ta thấy ở thực vật và động vật). Sự mất mát rải rác tạo nên sự tiến hoá khảm ở mức độ loài hay thậm chí là mức độ dòng.

Croft et al. also provide evidence that a bacterium, Halomonas, upregulates the biosynthesis of vitamin B12 when in the presence of algal exudates. Many algae are members of a loose taxonomic grouping known as the protists. These are often unicellular and include such organisms as Amoeba and Paramecium. The phenomenon of endosymbiosis, in which one organism (such as a bacterium) takes up residence inside another, to mutual benefit, has been thoroughly studied in protists, especially with regard to the origins of the chloroplast and mitochondrion. But possible ectosymbioses — literally, more superficial relationships — involving bacteria and algae have received less attention.

Croft và cộng sự cũng cung cấp bằng chứng về sự điều chỉnh tăng lên quá trình tổng hợp vitamin B12 của vi khuẩn Halomonas khi có mặt dịch rỉ của tảo. Nhiều loại tảo là thành viên của một nhóm phân loại mơ hồ là sinh vật nguyên sinh (protists). Chúng thường có dạng đơn bào và bao gồm các sinh vật như Amoeba (Amip) và Paramecium (trùng đế giày). Hiện tượng nội cộng sinh, trong đó một sinh vật (như vi khuẩn) trú ngụ bên trong một sinh vật khác, làm lợi cho nhau, đã được nghiên cứu thấu đáo ở sinh vật nguyên sinh (protists), đặc biệt là để xem xét nguồn gốc của lục lạp và ty thể. Nhưng sự ngoại cộng sinh - theo nghĩa đen là có nhiều mối quan hệ bề mặt hơn - liên quan đến vi khuẩn và tảo thì nhận được rất ít sự chú ý.

An earlier investigation did indeed show that Thalassiosira and other marine diatoms, all of which require vitamin B12, could be grown without the vitamin when bacterial cultures were added to the diatom cultures. Such studies hinted at the existence of a symbiotic relationship. But unlike Croft et al., the authors of this study did not identify the bacteria involved or the specific genes (or enzymes) concerned, and they did not demonstrate upregulation of a bacterial gene in response to a chemical signal from the algae.

Các nghiên cứu sớm hơn quả thực thể hiện rằng Thalassiosira và một số tảo cát biển (tất cả đều cần vitamin B12) có thể phát triển không cần bổ sung vitamin khi dịch vi khuẩn được thêm vào dịch tảo cát. Các nghiên cứu này cũng đã gợi ý về sự tồn tại mối quan hệ cộng sinh. Nhưng không giống Croft và cộng sự, các tác giả của nghiên cứu này không nhận thấy sự liên quan của vi khuẩn hay những gen (hay enzym) đặc biệt, và họ cũng không giải thích được sự điều chỉnh tăng lên một gen của vi khuẩn trong sự đáp ứng một tín hiệu hoá học từ tảo.

Croft and colleagues' approach could profitably be adopted more broadly, because protists have a much wider variety of basic biochemical pathways than do either animals or plants. We can hope that the enzymatic pathways leading to other amino acids, sugars, lipids and so forth — which have long been known to be diverse in protists and to show similar evolutionary mosaic patterns — will likewise be examined using the genome data now available. It is likely that additional symbiotic vitamin-B12-producing bacteria will be identified, and that other vitamins are produced by symbiotic bacteria.

Phương pháp của Croft và cộng sự có thể được điều chỉnh mở rộng hơn, bởi vì sinh vật nguyên sinh (protists) có các chu trình sinh hoá cơ bản đa dạng và trãi rộng hơn nhiều so với động vật và thực vật. Chúng ta có thể hy vọng rằng các chu trình enzym mà nó tạo ra các amino acid khác, đường, lipid .v.v... -các chất từ lâu đã được biết là rất đa dạng ở sinh vật nguyên sinh,và thể hiện mô hình tiến hoá khảm tương tự- sẽ được khảo sát tương tự bằng cách dùng các dữ liệu gen sẵn có hiện nay. Có lẽ vi khuẩn cộng sinh tạo ra vitamin B12 được thêm vào sẽ được xác định và ?một số vitamin khác cũng được tạo ra bởi vi khuẩn cộng sinh.

But non-symbiotic bacterial sources of vitamins may be equally or more important. For example, concentrations of vitamin B12 in the oceans vary with season, and there is strong circumstantial evidence that this vitamin is produced on the ocean floor at depths where darkness makes it unlikely that an algal–bacterial symbiosis can exist. ?Clearly, the paper by Croft et al. doesn't answer all questions. But it greatly advances our understanding of why the vitamin-B12 requirements are so sporadic among the algae, and also points to an enticing variety of research opportunities.

Nhưng nguồn vitamin không bắt nguồn từ vi khuẩn cộng sinh có thể ngang bằng, thậm chí là quan trọng hơn. Ví dụ, nồng độ vitamin B12 ở biển thay đổi theo mùa, và có một bằng chứng rõ ràng là vitamin này được tạo ra ở các tầng nước sâu nơi mà bóng tối làm cho sự cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn không thể tồn tại. Rõ ràng, công trình của Croft và cộng sự chưa trả lời được tất cả các câu hỏi. Nhưng đó là một tiến bộ lớn trong sự hiểu biết của chúng ta về lý do tại sao nhu cầu của vitamin B12 không đồng đều giữa các loài tảo, và nó cũng gợi ý nhiều cơ hội nghiên cứu hấp dẫn.
 

Similar threads

Facebook

Top