重金屬在深海環境中廣泛存在，深海微生物進化出成熟且多樣的抵禦重金屬脅迫的方式以維持在惡劣環境中的生存和繁殖。加強對深海微生物耐受重金屬的機制研究，有利於從新視角了解其特殊環境適應機制，為發展去除重金屬汙染生物製品提供理論依據和候選材料。
近期，中國科學院海洋研究所研究員孫超岷研究組在深海冷泉和海山生境細菌應對重金屬鎘及汞的機制研究中取得進展。
研究發現，一株深海冷泉芽孢桿菌在受到因重金屬鎘存在而產生的大量一氧化氮（NO）活性氧的脅迫時，能夠通過吸收鈣離子促進鐵離子吸收，進而激活NO雙加氧酶活性將NO轉化為NO3-，隨後促進硝酸根還原酶、亞硝酸根還原酶等一系列與氮元素循環相關的關鍵酶活性，最終將NO活性氧壓力轉化為氮循環的驅動力，從而有效增強細菌應對鎘脅迫的能力。添加鈣離子也能同時有效提升細菌耐受其它重金屬如銅、鉻、錳等金屬離子的能力、增加斑馬魚在鎘環境中的存活率，說明鈣離子增強生物抵禦重金屬脅迫的能力是普遍存在的。
研究一株分離自深海海山環境的細菌轉化高毒性汞離子為低毒性單質汞的分子機制過程發現，該細菌編碼的一個汞離子轉運蛋白MerF的真正功能是調控細菌鞭毛形成和運動能力，這在所有微生物中都是首次發現。研究人員進一步結合分子遺傳、轉錄組和蛋白組及其他生物化學手段，系統揭示了MerF的作用機制是調控細菌鞭毛形成重要因子FliS的表達，直接作用靶點是fliS基因的啟動子，且MerF也能有效提高細菌耐受其它重金屬如鎘、鎳、鈷等金屬離子的能力，顯示其調控功能的普遍性。該研究為了解深海微生物耐受重金屬的關鍵基因的功能演化提供了新視角和研究材料。
孫超岷研究組近年來圍繞深海微生物耐受重金屬脅迫機制進行了系列研究，在前期研究深海熱液環境微生物耐受鎘脅迫的過程中，發現一株深海熱液細菌能有效代謝半胱氨酸形成硫化氫，進而將環境中高毒性的鎘離子轉化為幾乎無毒性的硫化鎘礦物質，而且還能利用硫化鎘納米顆粒的光吸收特性吸收環境中存在的光能，也是微生物一種非常獨特的抵禦並有效利用重金屬脅迫的新型機制。綜上可見，不同生境的深海微生物已經進化出多樣的策略應對，甚至有效利用環境中存在的重金屬危害，相關機制值得進一步深入研究並加以利用。這也為發展新型生物修複製品提供了新思路。
相關成果先後以Calcium protects bacteria against cadmium stress via reducing nitric oxide production and increasing iron acquisition、MerF is a novel regulator of deep-sea Pseudomonas stutzeri flagellum biogenesis and motility為題，發表於Environmental Microbiology。第一作者分別為碩士研究生吳作棟、博士研究生鄭日寬，通訊作者為孫超岷。
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深海微生物抵禦重金屬脅迫新機制
【來源：海洋研究所】
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