Nat Microbiol：两种处于竞争地位的特殊信号分子或能互相协作控制细菌的生长和行为机制

2020年11月16日 讯 /生物谷BIOON/ --近日，一篇发表在国际杂志Nature Microbiology上的研究报告中，来自巴塞尔大学等机构的科学家们通过研究发现了两种信号分子或能控制细菌的生长和行为。细菌被认为是真正的生存专家，其对不断变化的环境条件能够产生快速的适应性反应，而这是基于两种互相竞争的信号分子，作为新陈代谢控制的阴阳两面，其能够决定细菌的生活方式，相关研究结果或有望帮助科学家们开发对抗细菌感染的新型疗法。

无论其是否是病原体、深海微生物还是生活在土壤中的生物体，为了生存，微生物都必须快速适应环境中的多种改变，包括营养的缺乏等，而细菌拥有一种特殊的能力，其能够借助小的信号分子快速适应不利的生存条件。研究者Urs Jenal表示，如今我们发现，细菌能利用两种化学上相关的信号分子来让其生活方式适应不断变化的生存条件，这就好像阴阳两面一样，这两种分子体现出了两种控制细菌生长和新陈代谢的强大力量。

图片来源：University of Basel, Biozentrum

这项研究中，研究人员利用新月柄杆菌（Caulobacter crescentus）作为模式生物，分析了其细胞中两种名为ppGpp和c-di-GMP的信号分子的对抗特性，这种细菌能够扮演两种不同的角色，其能以一种无法分裂的游离形式存在，也能够以一种吸附在表面上的繁殖状态存在。细菌所有的生活方式和环境状况都能通过两种信号分子的浓度所反映，而这种信息能被一种特殊蛋白检测到，该蛋白能结合所有的信号分子，并扮演分子开关的角色，控制细菌的生长、代谢和生活方式。

信号分子ppGpp和c-di-GMP能够为了与总开关分子结合而互相竞争，研究者解释道，在携带高水平ppGpp的丛动细菌中，蛋白质会被开启，这样其就会处于激活状态，在该状态下，葡萄糖的消耗就会处于高潮阶段，与此同时，所产生的有害氧自由基则会被有效中和，这或许就保证了代谢反应能够适应游离细菌细胞的高能量需求，从而就避免了对细胞所造成的损伤。

研究者Jenal说道，良好的生存条件能够提供足够的营养物质，从而就会使得c-di-GMP的水平不断上升，并能迫使游离的细菌发育为一种固着形式。在这种情况下，c-di-GMP就会将ppGpp从蛋白质的结合口袋中置换出来，并改变其结构关闭其功能，这就会重新定向代谢反应，并促进细菌定居、生长和繁殖，而且细胞基本组成元件的产生和表面吸附的物质就会一起得到促进。

通过对分子总开关进行研究，研究人员发现了两大调节网络之间的关联，截至目前为止其被认为是单独行动的，尽管柄杆菌属细菌是一种对环境无害的细菌，但在新月柄杆菌中发现的阴阳两种机制或许在其它病原体的致病过程中扮演着关键角色。最后研究者表示，信号分子ppGpp和c-di-GMP或许会以不同的方式来影响细菌的毒力、生存的持久性和对抗生素的耐药性，进而影响多种机体感染的进程。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Shyp, V., Dubey, B.N., Böhm, R. et al. Reciprocal growth control by competitive binding of nucleotide second messengers to a metabolic switch in Caulobacter crescentus. Nat Microbiol (2020). doi：10.1038/s41564-020-00809-4