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文章背景簡(jiǎn)介

BACKGROUND INTRODUCTION

維生素B12（VitaminB12）是一種含鈷的水溶性維生素，廣泛應(yīng)用于飼料和食品、保健和醫(yī)療行業(yè)。廣義上，維生素B12是指一組含鈷化合物（即鈷胺素），包括氰鈷胺、腺苷鈷胺素、羥鈷胺素和甲基鈷胺素等，狹義上，通常說的的維生素B12是氰鈷胺維生素B12的簡(jiǎn)稱，維生素B12衍生物則包括：腺苷鈷胺素、羥鈷胺素和甲基鈷胺素等。而維生素B12又分為醫(yī)藥級(jí)、食品級(jí)和飼料級(jí)。氰鈷胺維生素B12一般是指醫(yī)藥級(jí)維生素B12，維生素B12衍生物都一般都是醫(yī)藥級(jí)，用于藥品。維生素B12主要參與制造骨髓紅細(xì)胞，具有防止惡性貧血、防止大腦神經(jīng)受到破壞等作用，臨床主要用于治療巨幼紅細(xì)胞性貧血等疾病，也有報(bào)道顯示可用于治療前列腺癌及多發(fā)性硬化癥等。

我國(guó)最早于1966年，由華北制藥開發(fā)成功維生素B12，產(chǎn)量一直較小，70年代僅有幾十公斤，到九十年代后引進(jìn)新的菌種后，采用新技術(shù)、新工藝，產(chǎn)量才大幅度上升。隨后又有石藥、寧夏金維、河北玉星等企業(yè)投產(chǎn)維生素B12。根據(jù)貝哲斯咨詢統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，全球與中國(guó)維生素B12市場(chǎng)規(guī)模在近年來持續(xù)增長(zhǎng)。2023年，全球維生素B12市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了30.94億元（人民幣），而中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模為13.21億元。預(yù)計(jì)到2029年，全球維生素B12市場(chǎng)規(guī)模將以6.24%的增速達(dá)到44.24億元（維生素B12的前沿研究，及市場(chǎng)規(guī)模）。

維生素B12是唯一含有金屬元素的維生素，其分子的核心是一個(gè)與鈷離子配位的咕啉環(huán)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，咕啉環(huán)上總共有多達(dá)9個(gè)手性碳原子，化學(xué)合成難度很高。而在生物合成方面，天然的高等動(dòng)植物不能制造維生素B12，自然界中的維生素B12都是微生物合成的，因此目前工業(yè)上維生素B12基本上只通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)，根據(jù)資料顯示，除了目前主流的生產(chǎn)菌費(fèi)氏丙酸桿菌和脫氮假單胞菌外，還有巨大芽孢桿菌、乳桿菌、中華根瘤菌等能產(chǎn)生維生素B12。隨著合成生物學(xué)的快速發(fā)展，通過代謝網(wǎng)絡(luò)的基因編輯，是探索維生素B12高效生物合成的重要策略。

維生素B12分子結(jié)構(gòu)

在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，微生物扮演著至關(guān)重要的角色，它們不僅參與了生物地球化學(xué)循環(huán)，還影響著全球氣候和生態(tài)平衡。維生素B12（鈷胺素）作為大多數(shù)海洋原核生物和真核生物必需的輔酶，其合成和循環(huán)機(jī)制一直是微生物學(xué)研究的熱點(diǎn)。然而，維生素B12在自然界中的分布極為有限，特別是在海洋環(huán)境中，其稀缺性對(duì)微生物相互作用和群落動(dòng)態(tài)產(chǎn)生了顯著影響。為了深入探索這一復(fù)雜的生態(tài)現(xiàn)象，德國(guó)Oldenburg大學(xué)的Gerrit Wienhausen等人在《Nature》（IF50.5，綜合類一區(qū)）雜志上發(fā)表了題為“Ligand cross-feeding resolves bacterial vitamin B12 auxotrophies”的研究文章，為我們理解海洋微生物如何通過共生合作來合成和共享維生素B12提供了新的視角。

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所用到的主要方法

METHODS

（1）基因組分析：通過測(cè)序和生物信息學(xué)工具分析微生物的基因組數(shù)據(jù)，揭示其生物學(xué)特性和代謝途徑，如維生素B12的合成路徑。

（2）共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)：在實(shí)驗(yàn)室條件下同時(shí)培養(yǎng)兩種或多種微生物，研究它們之間的相互作用和共生關(guān)系，揭示微生物如何在自然環(huán)境中合作合成維生素B12。

（3）熒光原位雜交（FISH）：利用熒光標(biāo)記的特異性探針檢測(cè)和定位特定的微生物，分析微生物群落結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)。

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文章主要內(nèi)容摘要

ABSTRACT

維生素B12（鈷胺素）是大多數(shù)海洋原核生物和真核生物的重要輔因子，由數(shù)量有限的原核生物合成，其稀缺性影響了微生物相互作用和群落動(dòng)態(tài)變化。在這項(xiàng)研究中，作者發(fā)現(xiàn)兩種維生素B12營(yíng)養(yǎng)缺陷型細(xì)菌可以彌補(bǔ)不同的維生素B12構(gòu)建模塊并合作合成維生素B12。一種科爾韋爾氏菌（Colwelliasp.）可以合成并釋放活化的下游配體α-核唑（α-ribazole），該配體被另一種維生素B12營(yíng)養(yǎng)缺陷型玫瑰變色菌（Roseovariussp.）用來產(chǎn)生咕啉（corrin）環(huán)并合成維生素B12。Roseovariussp.僅在與Colwelliasp.共培養(yǎng)時(shí)才能釋放維生素B12，并且僅在與Roseovariumsp.編碼的原噬菌體的誘導(dǎo)時(shí)同步發(fā)生。在這些條件下，Colwelliasp的后續(xù)生長(zhǎng)可能是由于Roseovariusp.裂解細(xì)胞提供了維生素B12。不過，原噬菌體誘導(dǎo)是否是維生素B12釋放的起因，目前還需要進(jìn)一步的證據(jù)來證。在海洋遠(yuǎn)洋生態(tài)系統(tǒng)中，這種配體交叉攝食以及聯(lián)合合成維生素B12的復(fù)雜性微生物相互作用似乎很普遍。在熱帶大西洋西部和北部，預(yù)計(jì)能夠回收鈷啉醇酰胺（cobinamide）并僅合成活化的下游配體的細(xì)菌數(shù)量可能超過了維生素B12的生產(chǎn)菌。這些發(fā)現(xiàn)為我們理解海洋和其他生態(tài)系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)缺陷型微生物的B12供應(yīng)增加了新的參考。

簡(jiǎn)而言之，本研究的主要內(nèi)容有：

1.細(xì)菌間的配體交叉“飼喂”：Colwelliasp.如何合成并釋放α-核唑（α-ribazole），以及Roseovariussp.如何利用這些配體來合成維生素B12。

2.噬菌體誘導(dǎo)與維生素B12釋放的關(guān)聯(lián)性：Roseovariussp.的噬菌體如何在Colwelliasp.存在時(shí)被誘導(dǎo)，以及這如何與維生素B12的釋放相關(guān)聯(lián)。

3.海洋微生物中維生素B12合成潛力的廣泛性：通過分析海洋細(xì)菌基因組，揭示了維生素B12合成潛力在海洋微生物中的分布情況。

       原文標(biāo)題 : 《Nature》：海洋微生物通過共生合作，合成維生素B12