Single-cell analysis in hypersaline brines predicts a water-activity limit of microbial anabolic activity

合成代谢 海水 卤水 水活度 极端环境 化学 环境化学 生物 食品科学 生态学 生物化学 地质学 细菌 遗传学 岩土工程 有机化学 含水量
作者
Elizabeth S. Paris,Néstor Arandia‐Gorostidi,Benjamin Klempay,Jeff S. Bowman,A. Pontefract,Claire E. Elbon,Jennifer B. Glass,Ellery D. Ingall,Peter T. Doran,Sanjoy M. Som,B. E. Schmidt,Anne Dekas
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:9 (51) 被引量:6
标识
DOI:10.1126/sciadv.adj3594
摘要

Hypersaline brines provide excellent opportunities to study extreme microbial life. Here, we investigated anabolic activity in nearly 6000 individual cells from solar saltern sites with water activities (aw) ranging from 0.982 to 0.409 (seawater to extreme brine). Average anabolic activity decreased exponentially with aw, with nuanced trends evident at the single-cell level: The proportion of active cells remained high (>50%) even after NaCl saturation, and subsets of cells spiked in activity as aw decreased. Intracommunity heterogeneity in activity increased as seawater transitioned to brine, suggesting increased phenotypic heterogeneity with increased physiological stress. No microbial activity was detected in the 0.409-aw brine (an MgCl2-dominated site) despite the presence of cell-like structures. Extrapolating our data, we predict an aw limit for detectable anabolic activity of 0.540, which is beyond the currently accepted limit of life based on cell division. This work demonstrates the utility of single-cell, metabolism-based techniques for detecting active life and expands the potential habitable space on Earth and beyond.
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