滴酒餓餓實驗室
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幫整塊田搬家

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Liang Y, Jiang Y, Wang F, Wen C, Deng Y, Xue K, Qin Y, Yang Y, Wu L, Zhou J, Sun B. Long-term soil transplant simulating climate change with latitude significantly alters microbial temporal turnover. ISME J. 2015 Dec;9(12):2561-72. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25989371

 

照片來源: BASFPlantScience. Farm in Schweden. https://goo.gl/agDOdy CC BY 2.0

陳俊堯's insight:

氣候變遷是個重要議題,我們都想知道氣候繼續變下去,大片土地裡的微生物會受到什麼樣的影響。可是你要怎麼做才能真正預測十年後二十年後的影響呢? 在實驗室裡做嗎? 不行,實驗室規模小而且只能改變少數變因,戶外變因是一起變的,難保不會有加成作用,所以拿一包土回來放培養箱還是不足以說明野外的狀況。

 

這篇研究用了這個方法: transplantation。把大量的土往北或往南找個地方倒,然後長期觀察這土裡的微生物換地方住了以後出現了什麼變化。這樣一來,氣溫、雨量全部一起跟著改變了,比較接近自然狀況。

 

好了,土搬家了,接下來你要怎麼看環境改變(模擬氣候變遷)對細菌群聚造成的改變了?

 

先回答搬家後到底細菌群聚有沒有改變,以及有沒有因為搬家而出現改變。你可以拿原地菌相在實驗前實驗後的樣本當做對照組,來看搬家組在搬家前搬家後的群聚組成有沒有改變。搬家組的改變要比原地對照組還大,你才能說它變了。

 

代表群聚的特性有什麼? 生態學時講過,你可以看看一個群聚裡的多樣性有沒有改變,組成的物種種類上有沒有改變,單一物種的數量有沒有改變,speceis evenness 有沒有改變等等。這些是你用 parallel sequencing 定 16S rDNA 幫細菌點名就可以知道的。如果是所有 DNA 都定序做 metagenomic analysis,那還可以從每個群聚裡找到什麼樣功能的基因,來對群聚的能力做進一步的推論。

 

這篇把土分別往南往北搬,剛好形成正向和負向處理,往北看到的變化應該跟往南變化相反。這樣的設計有機會可以用來找環境參數跟菌群變化之間的關係。不過作者只看了群聚組成改變的速率,發現往北搬的群聚發生 succession 的速率沒有像往南搬的群聚那麼快。不過這一點看來是合理的,往南搬溫度高,生長快,succession 是會變快的。

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陳俊堯's curator insight, November 29, 2015 2:27 AM

氣候變遷是個重要議題,我們都想知道氣候繼續變下去,大片土地裡的微生物會受到什麼樣的影響。可是你要怎麼做才能真正預測十年後二十年後的影響呢? 在實驗室裡做嗎? 不行,實驗室規模小而且只能改變少數變因,戶外變因是一起變的,難保不會有加成作用,所以拿一包土回來放培養箱還是不足以說明野外的狀況。

 

這篇研究用了這個方法: transplantation。把大量的土往北或往南找個地方倒,然後長期觀察這土裡的微生物換地方住了以後出現了什麼變化。這樣一來,氣溫、雨量全部一起跟著改變了,比較接近自然狀況。

 

好了,土搬家了,接下來你要怎麼看環境改變(模擬氣候變遷)對細菌群聚造成的改變了?

 

先回答搬家後到底細菌群聚有沒有改變,以及有沒有因為搬家而出現改變。你可以拿原地菌相在實驗前實驗後的樣本當做對照組,來看搬家組在搬家前搬家後的群聚組成有沒有改變。搬家組的改變要比原地對照組還大,你才能說它變了。

 

代表群聚的特性有什麼? 生態學時講過,你可以看看一個群聚裡的多樣性有沒有改變,組成的物種種類上有沒有改變,單一物種的數量有沒有改變,speceis evenness 有沒有改變等等。這些是你用 parallel sequencing 定 16S rDNA 幫細菌點名就可以知道的。如果是所有 DNA 都定序做 metagenomic analysis,那還可以從每個群聚裡找到什麼樣功能的基因,來對群聚的能力做進一步的推論。

 

這篇把土分別往南往北搬,剛好形成正向和負向處理,往北看到的變化應該跟往南變化相反。這樣的設計有機會可以用來找環境參數跟菌群變化之間的關係。不過作者只看了群聚組成改變的速率,發現往北搬的群聚發生 succession 的速率沒有像往南搬的群聚那麼快。不過這一點看來是合理的,往南搬溫度高,生長快,succession 是會變快的。

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SIP metagenomics identifies uncultivated Methylophilaceae as dimethylsulphide degrading bacteria in soil and lake sediment. - PubMed - NCBI

SIP metagenomics identifies uncultivated Methylophilaceae as dimethylsulphide degrading bacteria in soil and lake sediment. - PubMed - NCBI | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it
ISME J. 2015 Nov;9(11):2336-48. doi: 10.1038/ismej.2015.37. Epub 2015 Mar 27.
陳俊堯's insight:

Dimethyl sulfide (DMS) 是個含硫氣體。海洋藻類大量製造 dimethyl suifopropionate (DMSP),經細菌代謝變成 DMS 釋放到海上的空氣裡。近年研究發現陸域環境裡也有不少 DMS,這些空氣裡的 DMS 濃度看似不高,但想想全球有多少空氣,這 DMS 的總量就很可觀了,是全球硫循環裡不可小看的流量。

 

但是這些 DMS,到底會被什麼樣的細菌代謝利用掉呢? 這篇研究使用穩定同位素標定的 DMS 培養,再進行 metagenome 的分析,發現不管在土壤或是在湖底底泥裡,能利用 DMS 的菌群主要為目前還沒被分離的 Methylophilaceae 科(屬於 Betaproteobacteria)的菌種,而不是像海洋環境由 Gammaproteobacteria 來進行。過去雖然知道 Methylophilaceae 是 methylotroph 會用單碳(甲基)化合物,但是這倒是第一次知道它們會用 DMS。

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Eco-Evo-Devo: developmental symbiosis and developmental plasticity as evolutionary agents

陳俊堯's insight:

The integration of research from developmental biology and ecology into evolutionary theory has given rise to a relatively new field, ecological evolutionary developmental biology (Eco-Evo-Devo). This field integrates and organizes concepts such as developmental symbiosis, developmental plasticity, genetic accommodation, extragenic inheritance and niche construction. This Review highlights the roles that developmental symbiosis and developmental plasticity have in evolution. Developmental symbiosis can generate particular organs, can produce selectable genetic variation for the entire animal, can provide mechanisms for reproductive isolation, and may have facilitated evolutionary transitions. Developmental plasticity is crucial for generating novel phenotypes, facilitating evolutionary transitions and altered ecosystem dynamics, and promoting adaptive variation through genetic accommodation and niche construction. In emphasizing such non-genomic mechanisms of selectable and heritable variation, Eco-Evo-Devo presents a new layer of evolutionary synthesis.

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Consistent responses of soil microbial communities to elevated nutrient inputs in grasslands across the globe. - PubMed - NCBI

Consistent responses of soil microbial communities to elevated nutrient inputs in grasslands across the globe. - PubMed - NCBI | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it
Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 Aug 17. pii: 201508382. [Epub ahead of print]
陳俊堯's insight:
這篇看了全球 25 個草地在接受 N 和 P 養分後的菌相變化。他們發現(1) methanogen 和長得慢的菌變少; (2) 基因體小(所以可能長得快) 的菌變多。 不意外。養分增加,造成能利用養分來快速生長的菌具有優勢而比例增加。
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Diet specialization selects for an unusual and simplified gut microbiota in two- and three-toed sloths - Dill-McFarland - Environmental Microbiology - Wiley Online Library

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Microbial ecosystems are dominated by specialist taxa - Mariadassou - 2015 - Ecology Letters - Wiley Online Library

Microbial ecosystems are dominated by specialist taxa - Mariadassou - 2015 - Ecology Letters - Wiley Online Library | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it
陳俊堯's insight:

生物可以選擇當 generalists 或 specialists,generalists 在各地都能活,但 specialists 只在一種環境活得好,而且活得比 generalists 好。如果你把單一種生物會不會只出現在特定環境去和它在特定環境裡的數量來比對,應該可以看到 specialists 只在特定地方出現,而且數量很多。

 

這篇研究想知道大部份的微生物是用 specialists 還是 generalists 的策略存活。根據他們比對的結果,各環境都是 specialists 的天下,選擇適應當地環境的策略在微生物的世界裡比較成功。

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CREST – Classification Resources for Environmental Sequence Tags

CREST – Classification Resources for Environmental Sequence Tags | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it
Sequencing of taxonomic or phylogenetic markers is becoming a fast and efficient method for studying environmental microbial communities. This has resulted in a steadily growing collection of marker sequences, most notably of the small-subunit (SSU) ribosomal RNA gene, and an increased understanding of microbial phylogeny, diversity and community composition patterns. However, to utilize these large datasets together with new sequencing technologies, a reliable and flexible system for taxonomic classification is critical. We developed CREST ( C lassification R esources for E nvironmental S equence T ags), a set of resources and tools for generating and utilizing custom taxonomies and reference datasets for classification of environmental sequences. CREST uses an alignment-based classification method with the lowest common ancestor algorithm. It also uses explicit rank similarity criteria to reduce false positives and identify novel taxa. We implemented this method in a web server, a command line tool and the graphical user interfaced program MEGAN. Further, we provide the SSU rRNA reference database and taxonomy SilvaMod, derived from the publicly available SILVA SSURef, for classification of sequences from bacteria, archaea and eukaryotes. Using cross-validation and environmental datasets, we compared the performance of CREST and SilvaMod to the RDP Classifier. We also utilized Greengenes as a reference database, both with CREST and the RDP Classifier. These analyses indicate that CREST performs better than alignment-free methods with higher recall rate (sensitivity) as well as precision, and with the ability to accurately identify most sequences from novel taxa. Classification using SilvaMod performed better than with Greengenes, particularly when applied to environmental sequences. CREST is freely available under a GNU General Public License (v3) from http://apps.cbu.uib.no/crest and http://lcaclassifier.googlecode.com .
陳俊堯's insight:

細菌分類裡,界門網目科屬種等各階層對應的 16S rDNA 序列相似度應該是多少? 我們知道這個標準沒有定論,但是至少有個大家覺得可以接受的標準。這篇研究裡的 CREST 系統用的是這樣的標準。

 

species 最少 99%

genus 最少 97%

family 最少 95%

Class 最少 90%

Order 最少 85%

Phylum 最少 80%. 

 

The minimum similarity filter is based on a set of rank-specific requirements. Firstly, a sequence must be aligned with at least 99% nucleotide similarity to the best reference sequence in order to be classified to the species rank. For the genus, family, order, class and phylum ranks the respective cut-offs are 97%, 95%, 90%, 85% and 80%. 

 

引用的是Tiedje 的研究

Cole JR, Konstantinidis K, Farris RJ, Tiedje JM (2010) Microbial Diversity and Phylogeny: Extending from rRNAs to Genomes. In: Liu WT, Jansson JK, editors. Environmental Molecular Microbiology. Wymondham: Caister Academic Press. 1–19.

http://www.horizonpress.com/environmental-microbiology


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Antimicrobial copper alloy surfaces are effective against vegetative but not sporulated cells of gram-positive Bacillus subtilis - San - 2015 - MicrobiologyOpen - Wiley Online Library

Antimicrobial copper alloy surfaces are effective against vegetative but not sporulated cells of gram-positive Bacillus subtilis - San - 2015 - MicrobiologyOpen - Wiley Online Library | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it
陳俊堯's insight:
[猜猜看2] 先人的智慧一堆,科學家還在忙著搞清楚他們為什麼可以這樣做。銅器就是個例子,用銅水壺裝水,就可以把水裡的細菌殺光光。可是為什麼光是碰到銅,就可以讓細菌死於非命? 這篇研究發現了一個現象:幸福快樂生長中的 Bacillus subtilis 會死在銅合金的表面,但是開始長內孢子的細胞菌就沒事。以你對產孢過程的瞭解,銅到底攻擊哪裡,為什麼只對生長中的細菌有效呢? 猜猜看。
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PrfA regulation offsets the cost of Listeria virulence outside the host - Vasanthakrishnan - Environmental Microbiology - Wiley Online Library

PrfA regulation offsets the cost of Listeria virulence outside the host - Vasanthakrishnan - Environmental Microbiology - Wiley Online Library | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it
陳俊堯's insight:
[猜猜看 1] 致病基因在病原菌進攻入宿主時很重要,但是當病原菌回到環境時可能就沒有用了。這時啟動沒有用的基因,應該是浪費能量的笨事情吧? 不過,"應該"發生的事常常不見得會發生。這篇研究把食品病原菌 Listeria monocytogenes 掌控致病基因的 prfA 基因鎖定在"開",然後看看被這樣惡搞的菌株在培養基裡以及在土壤裡,會不會因為多開一堆無用的基因,而活得比較爛呢? 給你猜。
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Patterns in species persistence and biomass production in soil microcosms recovering from a disturbance reject a neutral hypothesis for bacterial community assembly.

Patterns in species persistence and biomass production in soil microcosms recovering from a disturbance reject a neutral hypothesis for bacterial community assembly. | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it

研究原文
Zhang FG, Zhang QG. Patterns in species persistence and biomass production in soil microcosms recovering from a disturbance reject a neutral hypothesis for bacterial community assembly. PLoS One. 2015 May 11;10(5):e0126962. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25961300

 

照片來源

http://avecom.be/product/microcosm-tests

陳俊堯's insight:

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      背景介紹

 

Neutral theory of biodiversity 認定群聚裡的每個物種的能力相當,所以在一個環境裡各物種的相對數量只是因為你運氣好我不好的結果,drift 決定組成。這個想法常被拿來當做 null hypothesis,來檢驗 adaptation 是否重要。如果物種組成是由各物種是否適應這個環境來決定的,那環境中實測值就會跟 Neutral theory 預期的有很大不同。

 

微生物跟動植物不太一樣。微生物小,容易到處跑,種類無敵多,而且能力相近的種類好像多。這就讓人懷疑,在微生物的世界裡,會不會比較符合 neutral theory。過去的研究有的符合 neutral theory 有的不符合。這一篇研究也是要來檢驗 neutral theory。

 

█▀ 

      方法/策略

 

他們的策略是這樣的: 將土壤用伽瑪射線滅菌,然後接種細菌做為微生態缸(microcosm)來看細菌組成的變化。每個微生態缸裡接種土壤懸浮液當種源。這菌液經過稀釋,每個生態缸接受不同稀釋倍數的菌液當種源。接種後第 12 週,他們檢驗菌種組成。


█▀ 

      結果

 

結果是這樣的。接受不同稀釋濃度菌液的微生態缸有明顯不同,稀釋降低了細菌多樣性。接著作者檢驗在這段時間內從生態缸裡滅絶的物種。如果在未稀釋的 control 組,12 週後消失的都是一開始數量少的菌種,顯示數量少的種類容易因為數量波動而消失。但是當他們檢驗稀釋後的微生態缸,卻發現一開始數量多的物種也有不少在 12 週後走向滅絶,跟一開始數量少的物種一樣。這一點告訴我們,一開始的數量不是誰會留下來的決定因子。稀釋接種後細菌們開始在新環境闖蕩,誰長得快適應得好,誰就能活下來。

 

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      結論

 

這些結果顯示 adaptation hypothesis 比較可能是主要控制機制。從稀釋後的微生態缸裡細菌多樣性大幅下降(>50%)的結果看起來,如果只是 Neutral theory 裡的隨機滅絶,多樣性並不會降低這麼多,所以比較可能是競爭後的結果。例如在競爭少的新環境裡 r strategist 會比 K strategist 佔優勢,最後被看到的可能就是土壤裡的 r strategist 物種。

 

不過有個作者沒提到的點: 如果真的是 adaptation 重要,那作者各組的五重複裡篩選出來的菌種組成應該很像吧? 結果我去翻了 supplementary data,真的是如此。

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Extractable nitrogen and microbial community structure respond to grassland restoration regardless of historical context and soil composition.

Extractable nitrogen and microbial community structure respond to grassland restoration regardless of historical context and soil composition. | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it

研究原文
Dickens et al. Extractable nitrogen and microbial community structure respond to grassland restoration regardless of historical context and soil composition. AoB Plants. 2015 Jan 1;7. pii: plu085. doi: 10.1093/aobpla/plu085. http://goo.gl/agpjgD

 

照片來源: 

Wikimedia http://goo.gl/A4Cf59

陳俊堯's insight:

這篇提了一個我以前不知道的概念,是 plant–soil feedback loop,指的是長期待在這裡的植物和土壤裡的微生物彼此篩選,到達一個最佳狀態。如果植物變了,這個彼此適應的過程就很再來一次建立配對關係。這篇想討論的是植物如果改變了,土壤裡的微生物就會無所適從,功能喪失(或大受影響)嗎?

 

他們拿加州的草原當實驗對象。加州的草原已經完全被一年生的入侵者攻克,近年的復育工作已經在某些地方展開,讓原本在這草地上的多年生植物回來。一年生的植物在一年內生長狀大死亡,造成養份的波動。他們想看看未復育區和復育區草地在一年內,在微生物組成與生態功能上的變化。結果顯示微生物組成很不一樣,但是氮源和磷的濃度是接近的,一起跟著植物一年內的生長而波動。這顯示土壤微生物很快就跟新植物建立默契了。

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Frontiers | Resuscitation of the rare biosphere contributes to pulses of ecosystem activity | Terrestrial Microbiology

Frontiers | Resuscitation of the rare biosphere contributes to pulses of ecosystem activity | Terrestrial Microbiology | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it
Dormancy is a life history trait that may have important implications for linking microbial communities to the functioning of natural and managed ecosystems. Rapid changes in environmental cues may...
陳俊堯's insight:

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      背景介紹

 

Lay Lennon 教授在過去的研究裡發現自然界裡大部份的細菌可能都處於休眠狀態,等待適當時機。土壤是個有些非常多微生物物種的環境,大量平行定序結果發現土壤中有很多相對數量很少的種類存在。這些菌種的功能和生態意義一直是個謎。

 

這篇研究針對這些物種進行研究。如果這些物種不是只是在這個環境裡苟延殘喘最後走向死亡,那就一定會在某個適合它的時機大量繁生成為一方霸主。那什麼是適合的時機? 土壤環境的變動大,尤其水份含量容易改變,而且水對生物來說很重要,因此可以合理懷疑某些細菌會在有水份的時候快速增加。

 

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      研究目的

 

這篇研究打算來檢驗當土壤由乾變溼的時候,是不是會讓一些原本數量很少的細菌數量大幅增加。

 

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      方法與結果

 

他們先從輪作農地、草生地、落葉林和針葉林四種不同環境的地面採集土壤樣本,過篩後取 3 克放進小瓶子裡,當做小型模擬生態系。接著在一半的瓶子裡加 0.6 mL 的水當實驗組,另外一半不加水當控制組,然後在 25 度下培養 4 天。過程中監控 CO2 和 CH4 當做微生物活性增加的指標。結果發現加水後半天 CO2 開始增加,而且可以持續兩天,代表有水細菌就醒來了。

 

那醒來的睡美人們到底是誰? 研究人員接著使用穩定同位素標定法來找出這些細菌的身份。他們拿了含了氧18穩定同位素的水給細菌,然後分離吸收了氧18後變重的細菌 DNA,進行定序分析。

 

根據定序結果,加水後細菌組成出現很大的改變。而且加水後快速生長的細菌裡有五到六成的菌種原本在乾燥土壤裡數量都很少。

 

█▀ 

      結論

 

環境裡到處都是沉睡中的睡美人。環境對了(例如下雨了),它們就會醒過來帶領死氣沉沉的細菌社會,開創新天地。土壤裡環境惡劣,異營性細菌可能得採用快醒快長後休眠的方式,留下少少的後代隨時準備反撲。

 

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Redundancy, resilience, and host specificity of the ruminal microbiota: implications for engineering improved ruminal fermentations. - PubMed - NCBI

Redundancy, resilience, and host specificity of the ruminal microbiota: implications for engineering improved ruminal fermentations. - PubMed - NCBI | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it
Front Microbiol. 2015 Apr 10;6:296. doi: 10.3389/fmicb.2015.00296. eCollection 2015. Review

照片來源: Keith Weller/USDA http://goo.gl/J7LTvu

陳俊堯's insight:

這篇裡看到兩點。

1. Microbial community 的兩個特性: redundancy 和 resilience。看生態問題應該多注意這兩項特徵。
2. Probiotics 註定是沒有用的,因為競爭太強烈。但是如果能找到哪個別人沒佔到的 niche,就有機會。在看一個 community 時可以檢視還有什麼該補的 niche 沒被補上,就有機會加細菌改變它。

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Global effects of agriculture on fluvial dissolved organic matter

Global effects of agriculture on fluvial dissolved organic matter | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it
Agricultural land covers approximately 40% of Earth’s land surface and affects hydromorphological, biogeochemical and ecological characteristics of fluvial networks.
陳俊堯's insight:

這篇可以用來學學 redundancy analysis 該怎麼分析及呈現數據。

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Functional significance of dinitrogen fixation in sustaining coral productivity under oligotrophic conditions

Functional significance of dinitrogen fixation in sustaining coral productivity under oligotrophic conditions | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it
陳俊堯's insight:
作者發現夏天時珊瑚上細菌固氮活性增高五倍,讓共生藻有足夠氮源製造更多葉綠素A來行光合作用。這個研究證實氮的供應(固氮)可以影響珊瑚上的光合作用及初級生產量。
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Dynamic and social behaviors of human pluripotent stem cells : Scientific Reports

Dynamic and social behaviors of human pluripotent stem cells : Scientific Reports | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it
Scientific Reports is an online, open access journal from the publishers of Nature. The 2014 Impact Factor for Scientific Reports is 5.578.
陳俊堯's insight:

這篇不是細菌文,我是被社會行為吸進來的。

 

到底人家認為細胞會有什麼行為可以被當做是社會行為? 這一篇追踪 stem cell,看它們未來會不會變成一個colony。根據每個細胞的未來,他們把細胞分成(1)自己組 colony (2)加入別人的 colony (3)死掉。然後再回來看走向這三種命運的細胞有沒有什麼特點是跟另外兩種不一樣的。這好像在看政治人物跟要不要自己組政黨一樣。

 

他們看的特性包括跟附近細胞的距離,附近細胞的數量等等的特性。

 

細菌也可以來做類似的事。

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再挑食,可是會活不下去的唷

再挑食,可是會活不下去的唷 | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it

研究原文: Dill-McFarland et al. Diet specialization selects for an unusual and simplified gut microbiota in two- and three-toed sloths. Environmental Microbiology, Accepted Article DOI: 10.1111/1462-2920.13022http://goo.gl/FW7Bkd

照片來源: Feeding brown-throated three-toed sloth (Bradypus variegatus), Cahuita National Park, Costa Rica. Christian Mehlführer. https://goo.gl/xbh8cv
CC 2.5 授權 https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/deed.en

陳俊堯's insight:

樹懶的超緩慢動作吸引了很多迷哥迷姐的注意。動作緩慢的理由是牠們是草食動物,以樹葉嫩芽為主要食物來源。由於吃下肚的東西大部份是消化不了的纖維素,只好調降自己的代謝及動作,才能充份運用不太夠的養份活下去。不過,想要活下去,樹懶得靠腸子裡的細菌多幫忙,把纖維素轉換成可以用的養份才行。

這群研究人員採集並分析了樹懶腸子裡有什麼細菌。草食性哺乳動物像是牛羊早就有人研究過了,牠們的腸子裡有很多 Bacteroidetes 和 Fimicutes 門的細菌。而 Bacteroidetes 門裡菌種的專長就是分解植物的纖維素。不過,研究人員很驚訝的發現這些樹懶腸子裡住的細菌幫手是 Proteobacteria 和 Firmicutes,跟其它草食性哺乳類大不相同。

專吃 Cecropia 樹葉的三趾樹懶腸子裡菌種少,而且出現大量 Neisseria 屬的菌種,似乎能利用植物纖維素產生大量乳酸。這一屬細菌有能造成淋病和腦膜炎的病原菌,沒想到也有在腸道裡討生活的菌種。而吃東西比較不挑的二趾樹懶,腸子裡的菌種比較多,也就有各種從纖維素發酵後產生的脂肪酸。三趾樹懶原本就挑食,現在發現又有很特別的腸道菌,這下萬一氣候變遷下,食物來源出了問題,想要換吃別的食物保命,可能會很大的困難。

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陳俊堯's curator insight, August 14, 2015 10:21 AM

樹懶的超緩慢動作吸引了很多迷哥迷姐的注意。動作緩慢的理由是牠們是草食動物,以樹葉嫩芽為主要食物來源。由於吃下肚的東西大部份是消化不了的纖維素,只好調降自己的代謝及動作,才能充份運用不太夠的養份活下去。不過,想要活下去,樹懶得靠腸子裡的細菌多幫忙,把纖維素轉換成可以用的養份才行。

這群研究人員採集並分析了樹懶腸子裡有什麼細菌。草食性哺乳動物像是牛羊早就有人研究過了,牠們的腸子裡有很多 Bacteroidetes 和 Fimicutes 門的細菌。而 Bacteroidetes 門裡菌種的專長就是分解植物的纖維素。不過,研究人員很驚訝的發現這些樹懶腸子裡住的細菌幫手是 Proteobacteria 和 Firmicutes,跟其它草食性哺乳類大不相同。

專吃 Cecropia 樹葉的三趾樹懶腸子裡菌種少,而且出現大量 Neisseria 屬的菌種,似乎能利用植物纖維素產生大量乳酸。這一屬細菌有能造成淋病和腦膜炎的病原菌,沒想到也有在腸道裡討生活的菌種。而吃東西比較不挑的二趾樹懶,腸子裡的菌種比較多,也就有各種從纖維素發酵後產生的脂肪酸。三趾樹懶原本就挑食,現在發現又有很特別的腸道菌,這下萬一氣候變遷下,食物來源出了問題,想要換吃別的食物保命,可能會很大的困難。

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Every base matters: assessing small subunit rRNA primers for marine microbiomes with mock communities, time-series and global field samples - Parada - Environmental Microbiology - Wiley Online Library

Every base matters: assessing small subunit rRNA primers for marine microbiomes with mock communities, time-series and global field samples - Parada - Environmental Microbiology - Wiley Online Library | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it
陳俊堯's insight:

這篇研究檢討了海洋微生物研究常用的 PCR 引子對 515F/806R。他們以 mock community 來測試,發現 515F/806R 會低估某些菌如 SAR11 及高估某些菌如 Gammaproteobacteria 的數量。改成 515F/926R 會好很多。他們也發現引子只要有一個 base 不一樣就會造成明顯改變。

 

515F-Y (5'- GTGYCAGCMGCCGCGGTAA)

926R (5'- CCGYCAATTYMTTTRAGTTT) 

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Microbiome | Full text | LotuS: an efficient and user-friendly OTU processing pipeline

16S ribosomal DNA (rDNA) amplicon sequencing is frequently used to analyse the structure of bacterial communities from oceans to the human microbiota. However, computational power is still a major bottleneck in the analysis of continuously enlarging metagenomic data sets. Analysis is further complicated by the technical complexity of current bioinformatics tools.
陳俊堯's insight:

這一篇的標準: 


species >= 97%

genus >= 95%

family >= 93%

class >= 91%

Order >= 88%

Phylum >= 78%


The default parameters are to limit species at 97%, genus at 95%, family at 93%, class at 91%, order at 88% and phylum at 78% sequence similarity

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The ISME Journal - Abstract of article: Relationships between protein-encoding gene abundance and corresponding process are commonly assumed yet rarely observed

The ISME Journal: Multidisciplinary Journal of Microbial Ecology is the official Journal of the International Society for Microbial Ecology, publishing high-quality, original research papers, short communications, commentary articles and reviews in the rapidly expanding and diverse discipline of microbial ecology.
陳俊堯's insight:

這篇研究選了土壤裡碳氮循環相關基因,看了 DNA 或 mRNA 跟實測的活性是否有相關。結果他們發現相關是有,但是很弱。而且在以統計控制棲地種類或實驗方法後還是很弱,表示這個現象不是因為棲地或方法上的不同而造成的。

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Theory, models and biology

Theory, models and biology | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it
Theoretical ideas have a rich history in many areas of biology, and new theories and mathematical models have much to offer in the future.
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Stable-Isotope Probing Identifies Uncultured Planctomycetes as Primary Degraders of a Complex Heteropolysaccharide in Soil. - PubMed - NCBI

Stable-Isotope Probing Identifies Uncultured Planctomycetes as Primary Degraders of a Complex Heteropolysaccharide in Soil. - PubMed - NCBI | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it
Appl Environ Microbiol. 2015 Jul 15;81(14):4607-15. doi: 10.1128/AEM.00055-15. Epub 2015 May 1.
陳俊堯's insight:

作者以 stable isotope probing 技術來檢視是什麼細菌在利用土壤裡的複雜多醣。作者在 cellulose 組發現 heavy fraction 裡找到 Alphaproteobacteria 和 Actinobacteria,但在 heteropolysaccharide 組裡發現了不同的 Planctomycetes,以及少部份 Armatimonadetes 和 Verrucomicrobia。這個結果證實了土壤裡分解利用 heteropolysaccharide 的是 Planctomycetes。

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Volatile affairs in microbial interactions.

Volatile affairs in microbial interactions. | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it
ISME J. 2015 May 29. doi: 10.1038/ismej.2015.42. [Epub ahead of print]
陳俊堯's insight:

這篇 review 講的是最近好多人在談的新大陸。揮發性化學物質是細菌新語言,只是我們不懂。難怪養在 100 格培養基上的菌有時候個性大變。下次要把改變的菌找出來。

 

這裡指的是分子裡的碳少於 20 個,分子量小於 100 Dalton,低沸點,通常疏水性的小分子。揮發性小分子比水溶性分子傳得更快更遠。這些分子的製造常細胞密度有關,因此可能受到 QS 調控。目前的研究主要放在植物宿主和微生物間的關係,還沒有在其它領域有太多的努力。而且目前研究都在實驗室養份多的狀況下進行,在養份少的自然狀況下就不知道是不是有一樣的反應了。養份少的時候,這些揮發性分子可能被用來喚醒休眠中的細菌(猜的)。

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昆蟲減緩氣候變遷對土壤微生物系統的影響

昆蟲減緩氣候變遷對土壤微生物系統的影響 | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it

研究原文:
Crowther TW, Thomas SM, Maynard DS, Baldrian P, Covey K, Frey SD, van Diepen LT, Bradford MA. Biotic interactions mediate soil microbial feedbacks to climate change. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 Jun 2;112(22):7033-8. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26038557

陳俊堯's insight:

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      背景介紹

 

森林土壤裡真菌是主要分解者。氣溫上升可能讓真菌長得快,影響土壤裡有機物的分解速率。可是又有人說,食物鏈裡動物會控制微生物的量,所以氣候變遷的影響沒那麼大不必緊張。於是這篇研究的作者決定自己做個實驗來驗證一下。

 

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      方法/實驗設計

 

他們在四種狀況(有無 soil warming x 有無 nitrogen addition)下,各看四種處理(加不加真菌 x 有沒有吃真菌的 isopod),處理後看 microbial biomass 和 microbial functions 上的變化。

 

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      研究目的

 

他們想要問的問題是 (1)氣候變遷裡氣溫上升這一點,會不會讓真菌變多而加快分解速率? (2)如果真增加,土壤裡其它的生物會不會把真菌吃掉,而減低氣候變遷造成的影響?

 

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      結果和結論

 

各組結果比較後,作者發現升溫不影響真菌量,但加氮會。如果有 isopode 則真菌就沒有明顯增加了,顯示氮源增加真菌造成的影響會被 isopode 壓住,有到 top-down control。在檢視被 isopode 吃掉的真菌量與真菌數量間的關係後,作者看到了 type III functional response,顯示真菌少時 isopode 不愛吃,太多時也吃不了。所以只有在真菌不多不少的這段範圍裡 top-down control 才會變重要(好麻煩),在平常土壤的氮源濃度下,isopode 的 top-down control 是不重要的。

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Deep-sea hydrothermal vent bacteria related to human pathogenic Vibrio species

Deep-sea hydrothermal vent bacteria related to human pathogenic Vibrio species | 滴酒餓餓實驗室 | Scoop.it

照片來源

Bjørn som tegner http://goo.gl/lVTAqX

陳俊堯's insight:

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      故事介紹

 

1999 年,研究人員派深海潛艇 Alvin 和 Nautile 下潛到墨西哥瞓海,西太平洋大約 2500 公尺深的海底採樣。那裡有"黑煙囪",持續從海底冒出含有大量硫化氫的高溫液體。

 

他們把樣本拿來做細菌培養,也測試看看這些細菌有什麼本領。他們發現養出來的菌可以在 TCBS 選別性培養基上生長。這種培養基是用來篩選弧菌的,而弧菌在沿岸養份多的地方很多。只是,為什麼在養份不多的海底也有它們?

 

更有趣的是,鑑定後發現這些菌跟 V. paralyticus 腸炎弧菌很接近。意思是這些在人類到不了的深海裡住著的菌,居然是人類病原菌的近親。好奇之餘,他們拿了一株菌去做基因體解序,看看這菌有什麼本事。把這株菌和 V. parahemolyticus 拿來比較也可以得出有趣的結果,因為原本同宗的菌,一個住溫暖的岸邊,一個卻搬去了海底,比較後可以看出環境對細菌的影響。

 

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      結果

 

作者比較這株菌 EX25 和其它 vibrio 間的序列相似度。在比較 Average Nucleotide Identity 全基因體平均序列相似度後,發現這菌和其它相近菌株相似度在 95% 以下,依慣例算是新種了。於是得到新種名 V. antiquarius 古水弧菌。

 

作者發現大量解決氧化壓力的基因。其中 alkyl hydroperoxide reductase 是對付 endogenous oxidative stress 的酵素,只有在 EX25 出現,其它弧菌沒有。這酵素也在管蟲共生菌裡發現過,或許這弧菌也有宿主。

 

這菌株基因體裡有不少致病用的毒力基因。或許用來致病,或許用來跟宿主溝通。

 

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      總結

 

在海底的弧菌上帶有可能用在動物上的基因,顯示這些菌可能跟動物有共生或感染的關係。

 

這些弧菌上帶有致病用的毒力基因。其它環境的弧菌上也有毒力基因,或許這些毒力基因不只致病時要用,在環境存活可能也用得到。

 

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