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文章背景简介

BACKGROUND INTRODUCTION

维生素B12（VitaminB12）是一种含钴的水溶性维生素，广泛应用于饲料和食品、保健和医疗行业。广义上，维生素B12是指一组含钴化合物（即钴胺素），包括氰钴胺、腺苷钴胺素、羟钴胺素和甲基钴胺素等，狭义上，通常说的的维生素B12是氰钴胺维生素B12的简称，维生素B12衍生物则包括：腺苷钴胺素、羟钴胺素和甲基钴胺素等。而维生素B12又分为医药级、食品级和饲料级。氰钴胺维生素B12一般是指医药级维生素B12，维生素B12衍生物都一般都是医药级，用于药品。维生素B12主要参与制造骨髓红细胞，具有防止恶性贫血、防止大脑神经受到破坏等作用，临床主要用于治疗巨幼红细胞性贫血等疾病，也有报道显示可用于治疗前列腺癌及多发性硬化症等。

我国最早于1966年，由华北制药开发成功维生素B12，产量一直较小，70年代仅有几十公斤，到九十年代后引进新的菌种后，采用新技术、新工艺，产量才大幅度上升。随后又有石药、宁夏金维、河北玉星等企业投产维生素B12。根据贝哲斯咨询统计的数据，全球与中国维生素B12市场规模在近年来持续增长。2023年，全球维生素B12市场规模达到了30.94亿元（人民币），而中国市场规模为13.21亿元。预计到2029年，全球维生素B12市场规模将以6.24%的增速达到44.24亿元（维生素B12的前沿研究，及市场规模）。

维生素B12是唯一含有金属元素的维生素，其分子的核心是一个与钴离子配位的咕啉环结构，结构极其复杂，咕啉环上总共有多达9个手性碳原子，化学合成难度很高。而在生物合成方面，天然的高等动植物不能制造维生素B12，自然界中的维生素B12都是微生物合成的，因此目前工业上维生素B12基本上只通过微生物发酵生产，根据资料显示，除了目前主流的生产菌费氏丙酸杆菌和脱氮假单胞菌外，还有巨大芽孢杆菌、乳杆菌、中华根瘤菌等能产生维生素B12。随着合成生物学的快速发展，通过代谢网络的基因编辑，是探索维生素B12高效生物合成的重要策略。

维生素B12分子结构

在海洋生态系统中，微生物扮演着至关重要的角色，它们不仅参与了生物地球化学循环，还影响着全球气候和生态平衡。维生素B12（钴胺素）作为大多数海洋原核生物和真核生物必需的辅酶，其合成和循环机制一直是微生物学研究的热点。然而，维生素B12在自然界中的分布极为有限，特别是在海洋环境中，其稀缺性对微生物相互作用和群落动态产生了显著影响。为了深入探索这一复杂的生态现象，德国Oldenburg大学的Gerrit Wienhausen等人在《Nature》（IF50.5，综合类一区）杂志上发表了题为“Ligand cross-feeding resolves bacterial vitamin B12 auxotrophies”的研究文章，为我们理解海洋微生物如何通过共生合作来合成和共享维生素B12提供了新的视角。

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所用到的主要方法

METHODS

（1）基因组分析：通过测序和生物信息学工具分析微生物的基因组数据，揭示其生物学特性和代谢途径，如维生素B12的合成路径。

（2）共培养实验：在实验室条件下同时培养两种或多种微生物，研究它们之间的相互作用和共生关系，揭示微生物如何在自然环境中合作合成维生素B12。

（3）荧光原位杂交（FISH）：利用荧光标记的特异性探针检测和定位特定的微生物，分析微生物群落结构和动态。

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文章主要内容摘要

ABSTRACT

维生素B12（钴胺素）是大多数海洋原核生物和真核生物的重要辅因子，由数量有限的原核生物合成，其稀缺性影响了微生物相互作用和群落动态变化。在这项研究中，作者发现两种维生素B12营养缺陷型细菌可以弥补不同的维生素B12构建模块并合作合成维生素B12。一种科尔韦尔氏菌（Colwelliasp.）可以合成并释放活化的下游配体α-核唑（α-ribazole），该配体被另一种维生素B12营养缺陷型玫瑰变色菌（Roseovariussp.）用来产生咕啉（corrin）环并合成维生素B12。Roseovariussp.仅在与Colwelliasp.共培养时才能释放维生素B12，并且仅在与Roseovariumsp.编码的原噬菌体的诱导时同步发生。在这些条件下，Colwelliasp的后续生长可能是由于Roseovariusp.裂解细胞提供了维生素B12。不过，原噬菌体诱导是否是维生素B12释放的起因，目前还需要进一步的证据来证。在海洋远洋生态系统中，这种配体交叉摄食以及联合合成维生素B12的复杂性微生物相互作用似乎很普遍。在热带大西洋西部和北部，预计能够回收钴啉醇酰胺（cobinamide）并仅合成活化的下游配体的细菌数量可能超过了维生素B12的生产菌。这些发现为我们理解海洋和其他生态系统中营养缺陷型微生物的B12供应增加了新的参考。

简而言之，本研究的主要内容有：

1.细菌间的配体交叉“饲喂”：Colwelliasp.如何合成并释放α-核唑（α-ribazole），以及Roseovariussp.如何利用这些配体来合成维生素B12。

2.噬菌体诱导与维生素B12释放的关联性：Roseovariussp.的噬菌体如何在Colwelliasp.存在时被诱导，以及这如何与维生素B12的释放相关联。

3.海洋微生物中维生素B12合成潜力的广泛性：通过分析海洋细菌基因组，揭示了维生素B12合成潜力在海洋微生物中的分布情况。

       原文标题 : 《Nature》：海洋微生物通过共生合作，合成维生素B12