【科研新進展】(114)沈錫輝教授團隊在《Nature Communications...

2021-01-13 西北農林科技大學新聞網

10月23 日，《Nature Communications》在線發表生命學院沈錫輝教授團隊張磊副教授完成的題為「Sensing of autoinducer-2 by functionally distinct receptors in prokaryotes」的文章，揭示了原核生物(包括細菌和古菌)通過一類功能多樣的跨膜信號轉導蛋白感知通用型群體感應信號分子AI-2實現異種細胞間對話的新機制。生命學院張磊副教授和博士生李書宇為本論文共同第一作者，沈錫輝教授、羅招慶教授（美國普度大學）和張磊副教授為本論文的共同通訊作者。

群體感應(quorum sensing，QS)是細菌細胞間信號傳導的普遍機制，通過合成和分泌稱為自誘導物(autoinducer)的信號分子監測細菌群體密度的變化，使細菌個體能在感染、抗逆等過程中一致行動，以團隊作戰方式獲得生存優勢。QS信號分子autoinducer-2 (AI-2)廣泛存在於革蘭氏陰性和革蘭氏陽性細菌中，是目前所知的唯一既能進行種內交流，又能進行種間交流的細菌通用語言，被稱為「細菌的世界語(Bacterial esperanto)」，但人們對大多數細菌如何感知該QS信號知之甚少。

該研究首先發現條件性致病菌銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)對AI-2信號表現出明顯的正趨向性，隨後以此表型入手構建趨化蛋白編碼基因突變體文庫並篩選獲得介導AI-2趨向性的兩個跨膜甲基化趨化受體基因pctA和tlpQ。分子互作實驗及對接模擬分析揭示AI-2信號分子能以高親和力結合受體蛋白PctA和TlpQ的周質dCACHE結構域。隨後研究人員進一步發現包括甲基化趨化受體、組氨酸激酶、c-di-GMP合成與水解酶、絲氨酸磷酸酶、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶、腺苷酸/鳥苷酸環化酶在內的眾多原核生物跨膜信號轉導蛋白均可通過胞外dCACHE傳感器結構域感知AI-2信號，從而實現同種或異種細胞間的信息交流。

細菌和古菌是單細胞生物，在自然環境和宿主體內它們往往雜居在一起，彼此間互相交流，表現出分工合作或相互欺詐等社會行為。因此，了解它們的交流語言和交流方式無論在醫學還是生態環境領域均具有非常重要的意義。AI-2作為細菌中分布最廣泛的一類種間交流的通用語言，其dCACHE型新受體的發現極大擴展了人們對原核生物跨種屬對話機制的認識。

該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金及西北農林科技大學「雙一流」學科群建設計劃等項目的資助。

原文連結：https://www.nature.com/articles/s41467-020-19243-5


編輯：王學鋒

終審：郭建東

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