文獻分享——氧化氘（D2O）穩定同位素探索藍藻代謝

藍藻是一種原核的葉綠素自養生物，能夠在多種環境中生存。是全球范圍內不同環境中重要的有機物質的主要生產者。雖然人們對CO2固定的機理已經很了解，但對于固定有機碳在單個細胞和復雜微生物群落中的流動分布卻知之甚少。本文章研究表明表明D2O探測是分析藍藻代謝的一種強大的方法，包括發現新的代謝過程。
作者使用氧化氘穩定同位素探測和LC-MS測量了藍藻細菌中與其他細胞內代謝物相比較的氘摻入相容溶質中的情況。選擇模型單細胞廣泛鹽藍細菌Synechococcus sp. PCC 7002和陸生絲狀藍細菌Microcoleus陰道PCC 9802比較這些生理上和系統發育上不同的藍藻細菌的代謝活性。

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結果表明氘很容易并入代謝物。氘并入非不穩定位置(如碳氫鍵)的部分計算如Methods部分(圖2)所述。不穩定氫原子，如羧基，不考慮部分摻入，因為在代謝物提取和LC流動相中使用了不含氘的質子溶劑，這會導致摻入的氘交換到不穩定位置的質子(1H)。

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氘的摻入導致代謝物的相對同位素豐度譜發生變化。氘的摻入分數是由含有不同數量氘的代謝物(C)的同位素理論相對豐度的線性組合計算出來的。N是代謝物中不穩定氫的數量。

聚球菌胞內代謝物中氘摻入量的比較。PCC 7002 (A)和Microcoleus vaginatus PCC 9802 (B)。10%的細胞被探測D2O 12 h,在黑暗中12 h,和12 h在隨后12 h在黑暗中。還顯示了對照培養10天或23天在12小時/12小時光/暗循環下的測量結果。
細胞在標準的12小時光/暗周期下生長。然后在生長培養中加入10%的D2O，用液相色譜-質譜(LC-MS)分析其代謝產物。糖原分析采用淀粉酶處理的甲醇不溶細胞組分，釋放的葡萄糖采用LC-MS分析。通過擬合同位素分布確定了氘在代謝物非交換位置的摻入，并與相容溶質、糖原和常見代謝物進行比較。結果與藍藻在白天固定和儲存碳作為支鏈碳水化合物糖原的結果一致，而在夜晚作為藍藻細胞主要且通常碳源，在細胞進入黑暗后2-8小時內迅速降解。觀察到糖在12小時內幾乎成為最大的標記，而在夜間觀察到最小的標記。糖與水作為質子進行光合作用，快速地在生長介質中的D2O濃度中形成。當D2O在夜間加入12小時后，觀察到的糖的額外標記很少，這表明它們是由之前光照期間積累的未標記糖原和可能的其他生物聚合物制成的。

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