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文章背景簡介

BACKGROUND INTRODUCTION

維生素B12（VitaminB12）是一種含鈷的水溶性維生素，廣泛應用于飼料和食品、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、食品級和飼料級。氰鈷胺維生素B12一般是指醫(yī)藥級維生素B12，維生素B12衍生物都一般都是醫(yī)藥級，用于藥品。維生素B12主要參與制造骨髓紅細胞，具有防止惡性貧血、防止大腦神經受到破壞等作用，臨床主要用于治療巨幼紅細胞性貧血等疾病，也有報道顯示可用于治療前列腺癌及多發(fā)性硬化癥等。

我國最早于1966年，由華北制藥開發(fā)成功維生素B12，產量一直較小，70年代僅有幾十公斤，到九十年代后引進新的菌種后，采用新技術、新工藝，產量才大幅度上升。隨后又有石藥、寧夏金維、河北玉星等企業(yè)投產維生素B12。根據貝哲斯咨詢統(tǒng)計的數據，全球與中國維生素B12市場規(guī)模在近年來持續(xù)增長。2023年，全球維生素B12市場規(guī)模達到了30.94億元（人民幣），而中國市場規(guī)模為13.21億元。預計到2029年，全球維生素B12市場規(guī)模將以6.24%的增速達到44.24億元（維生素B12的前沿研究，及市場規(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與鈷離子配位的咕啉環(huán)結構，結構極其復雜，咕啉環(huán)上總共有多達9個手性碳原子，化學合成難度很高。而在生物合成方面，天然的高等動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，根據資料顯示，除了目前主流的生產菌費氏丙酸桿菌和脫氮假單胞菌外，還有巨大芽孢桿菌、乳桿菌、中華根瘤菌等能產生維生素B12。隨著合成生物學的快速發(fā)展，通過代謝網絡的基因編輯，是探索維生素B12高效生物合成的重要策略。

維生素B12分子結構

在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，微生物扮演著至關重要的角色，它們不僅參與了生物地球化學循環(huán)，還影響著全球氣候和生態(tài)平衡。維生素B12（鈷胺素）作為大多數海洋原核生物和真核生物必需的輔酶，其合成和循環(huán)機制一直是微生物學研究的熱點。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，其稀缺性對微生物相互作用和群落動態(tài)產生了顯著影響。為了深入探索這一復雜的生態(tài)現象，德國Oldenburg大學的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：通過測序和生物信息學工具分析微生物的基因組數據，揭示其生物學特性和代謝途徑，如維生素B12的合成路徑。

（2）共培養(yǎng)實驗：在實驗室條件下同時培養(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）：利用熒光標記的特異性探針檢測和定位特定的微生物，分析微生物群落結構和動態(tài)。

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文章主要內容摘要

ABSTRACT

維生素B12（鈷胺素）是大多數海洋原核生物和真核生物的重要輔因子，由數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態(tài)變化。在這項研究中，作者發(fā)現兩種維生素B12營養(yǎng)缺陷型細菌可以彌補不同的維生素B12構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營養(yǎng)缺陷型玫瑰變色菌（Roseovariussp.）用來產生咕啉（corrin）環(huán)并合成維生素B12。Roseovariussp.僅在與Colwelliasp.共培養(yǎng)時才能釋放維生素B12，并且僅在與Roseovariumsp.編碼的原噬菌體的誘導時同步發(fā)生。在這些條件下，Colwelliasp的后續(xù)生長可能是由于Roseovariusp.裂解細胞提供了維生素B12。不過，原噬菌體誘導是否是維生素B12釋放的起因，目前還需要進一步的證據來證。在海洋遠洋生態(tài)系統(tǒng)中，這種配體交叉攝食以及聯合合成維生素B12的復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，預計能夠回收鈷啉醇酰胺（cobinamide）并僅合成活化的下游配體的細菌數量可能超過了維生素B12的生產菌。這些發(fā)現為我們理解海洋和其他生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)缺陷型微生物的B12供應增加了新的參考。

簡而言之，本研究的主要內容有：

1.細菌間的配體交叉“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.噬菌體誘導與維生素B12釋放的關聯性：Roseovariussp.的噬菌體如何在Colwelliasp.存在時被誘導，以及這如何與維生素B12的釋放相關聯。

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。

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