微生物所在细菌对芳香化合物趋化性机制研究中取得进展

 　微生物的趋化性指的是细菌对环境中的化学物质表现出的趋近或者远离的行为。对营养物质的趋近或者对有害物质的远离，赋予了细菌主动占据有利环境的能力，从而增加了其生存优势。甲基受体趋化蛋白（methyl-accepting chemotaxis protein, MCP）是微生物细胞感应外界环境中化学信号的关键蛋白之一，MCP通常穿越细胞膜，一部分位于细胞周质(periplasma)中，另一部分位于细胞质内，其位于细胞周质的部分能够感应外界化学信号，进而调节其下游双组份信号系统的活性，最终改变细菌鞭毛的旋转方向，细胞最终表现为趋近或者远离的趋化行为。

　　芳香化合物在环境中广泛存在，例如工农业排放的废弃物、植物根系分泌物等，微生物能够使它们作为碳源生长，而且很多细菌如假单胞菌、伯克氏菌和根瘤菌等都具有对芳香化合物趋化的能力。之前的研究表明，细菌可以通过MCP感知小分子化合物例如三羧酸循环过程中的有机酸化合物，间接感应芳香类化合物浓度水平，并最终实现对芳香化合物的趋化(Ni et al. 2013, Mol Microbiol 90: 813-823)。除此之外，根据长期的实验观察和分析，科学家推测细菌也能够直接感应环境中的芳香化合物，但是直接结合芳香化合物并激活趋化信号通路的MCP却一直没有发现和报道。

　　睾丸酮丛毛单胞菌（Comamonas testosteroni）CNB-1能够降解多种芳环类污染物，并能够与植物联合修复受氯代硝基苯污染的土壤，同时对环境中的多种芳香化合物也具有趋化能力。中国科学院微生物研究所刘双江研究组以CNB-1为研究对象，开展微生物对芳香化合物趋化的研究工作，在前期工作的基础上，发现了一个能够直接和2,6-二羟基苯甲酸、2-羟基苯甲酸等芳香化合物结合的甲基受体趋化蛋白，命名为MCP2901，进一步利用Nanodisc技术重构了体外趋化信号传导系统，证明了MCP2901能够激活下游信号传导系统。MCP2901是报道的能够直接结合芳香化合物的第一个甲基受体趋化蛋白，该发现为深入理解CNB-1在植物根际行为、设计智慧环境微生物技术提供了基础，为研制检测芳香化合物的生物传感器提供了新的生物材料。

　　该课题得到国家自然科学基金的支持，相关研究成果已经在线发表在Molecular Microbiology上。

 

　　图注：微生物能够感应环境中的芳香化合物，具有趋化能力。利用微生物对芳环类污染物的趋化特性，可以设计主动寻找污染物的智能微生物，开发智慧环境微生物技术。