微生物所細菌對芳環類汙染物趨化性機制研究獲進展

2020-12-05 生物谷

細菌的趨化性是指細菌可以感應環境中的化學梯度（例如某些物質的濃度），並通過控制鞭毛等運動器官的運動，實現對這些化合物的靠近或者遠離的行為。細菌趨化性能夠幫助它們自己適應快速變化的環境，獲得有限的營養並在生態系統中佔據有利生境。目前有研究表明，趨化性在細菌致病、生物膜、以及共生體（比如根瘤）形成中都發揮了重要的作用。甲基趨化受體蛋白（MCP）是細菌趨化過程中感知外界化學信號的關鍵分子，MCP與其它趨化相關蛋白分子相互作用，導致部分趨化相關蛋白磷酸化水平變化，實現對鞭毛運動的控制。

模式生物大腸桿菌，由於生境相對比較簡單，基因組中僅含有5個MCP。芳環類汙染物在環境中廣泛存在，很多微生物都可以利用這類化合物進行生長。同時，很多細菌（比如假單胞菌等）對這類化合物都具有趨化性。但是，這些環境微生物中參與趨化信號感應和信號傳導的系統遠比大腸桿菌複雜，比如，惡臭假單胞菌KT2440菌株基因組中含有27個MCP蛋白；丁香假單胞菌水稻致病變種strain1_6菌株基因組中含有93個MCP蛋白。環境微生物中這些MCP的研究難度很大，因此微生物對這類汙染物的感應機制還沒有得到闡明。到目前為止，除很少一部分MCP被發現與芳環類化合物的趨化相關外，多數MCP的功能和作用機制依然未知。

睪丸酮叢毛單胞菌基因組中含有20個MCP蛋白，該菌是從處理化工廢水的汙水處理廠汙泥中分離獲得。中國科學院微生物研究所微生物資源前期開發國家重點實驗室劉雙江研究員課題組研究發現，該細菌對4-氯硝基苯、3-羥基苯甲酸，4-羥基苯甲酸、原兒茶酸、香草酸、香草醛、龍膽酸、苯酚等化合物具有趨化性，經過多年的努力，對睪丸酮叢毛單胞菌20個MCP進行系統敲除，構建了不具有趨化能力的CNB-1D20突變株；同時，通過逐個回補MCP的手段，系統鑑定了每一個MCP蛋白在感應不同芳環類化合物過程中的作用；進一步對甲基趨化受體蛋白MCP2201與不同化合物結合能力研究發現，MCP2201不能與芳環類化合物結合，而是與三羧酸循環（TCA）中間產物結合。該項工作發現了一類全新的細菌趨化途徑，即細菌可以通過感知TCA循環中間化合物實現對芳香類化合物的趨化（見示意圖）。該項研究還通過在CNB-1D20突變株表達一個來源於假單胞菌的MCP分子，重新賦予了CNB-1D20突變株對芳環類化合物的趨化能力。這些研究結果暗示，在長期進化過程中，環境微生物一旦獲得降解某些汙染物的能力，就有可能利用原有的一些趨化途徑，產生對這類化合物的趨化性。

該課題得到國家自然科學基金的支持，相關研究成果已經在線發表在微生物學雜誌MolecularMicrobiology上。（生物谷Bioon.com）

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