細菌是真正的生存專家！兩種信號分子決定細菌生存

2020-11-11 中國科學報

作者：魯亦

兩個相互競爭的信號分子控制著細菌的生存方式。圖片來源：巴塞爾大學

細菌是真正的生存專家。它們能快速適應不斷變化的環境條件，這主要基於兩種相互競爭的信號分子。瑞士研究人員表示，控制新陳代謝的「競爭」分子決定了細菌的生存方式。

無論病原體、深海微生物還是生活在土壤中的生物體，為了生存，它們必須迅速適應環境的各種變化，包括營養物質的枯竭。

巴塞爾大學生物中心教授Urs Jenal和Tilman Schirmer 率領的科學家現在發現，細菌使用兩種化學信號分子改變生存方式以適應當前的環境條件。研究人員在11月10日出版的《自然—微生物學》上發表了該研究結果。這兩種分子體現了兩種控制細菌生長和新陳代謝的相反力量。

研究人員以月牙形新月柄桿菌作為模型生物，研究了細胞中兩個信號分子ppGpp和c-di-GMP的拮抗特性。這種細菌可以扮演兩種不同的角色：無法分裂的自由遊動狀態和附著在表面的繁殖狀態。

生存方式和環境條件都影響兩種信號分子的濃度。信號分子ppGpp和c-di-GMP爭奪跟總開關的結合。「在攜帶高水平ppGpp的細菌中，這種蛋白質被打開，細菌就很活躍。」Jenal說，「在這種狀態下，葡萄糖的消耗處於高潮。同時，產生的有害氧自由基被有效中和。」這保證了代謝反應適合細胞的高能量需求，避免了細胞損傷。

在良好的生存條件下，有充足的營養，c-di-GMP水平會不斷上升，迫使細菌發展成無柄形態。「在這種情況下，c-di-GMP將ppGpp置換出來，改變其結構並關閉。」Jenal說，「這改變了代謝反應，允許細菌定居、生長和繁殖。」

通過分子主開關，科學家發現了兩個調控網絡之間的聯繫，這兩個網絡一直被認為是獨立運作的。研究人員表示，雖然新月柄桿菌是一種無害的環境細菌，但新發現的機制也可能在病原菌中發揮重要作用。（魯亦）

相關論文信息：http://dx.doi.org/10.1038/s41564-020-00809-4?

《中國科學報》 (2020-11-11 第2版 國際)

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