竞争信号分子控制细菌生长和行为

  细菌被认为是真正的生存专家。它们能快速适应不断变化的环境条件,这主要是基于两种相互竞争的信号分子。瑞士巴塞尔大学研究人员表示,作为新陈代谢控制的“竞争”分子决定了细菌的生活方式。

  无论它们是病原体、深海微生物还是生活在土壤中的生物体,为了生存必须能迅速适应其环境的各种变化,包括营养物质的枯竭。

  巴塞尔大学生物中心教授Urs Jenal和Tilman Schirmer 领导的科学家们现在发现,细菌使用两种化学信号分子改变生活方式以适应当前的生活条件。研究人员在11月10日的《自然—微生物学》上发表了该研究结果。这两种分子体现了两种控制细菌生长和新陈代谢的相反力量。

  研究人员以月牙形的新月柄杆菌作为模型生物,研究了细胞中两个信号分子ppGpp和c-di-GMP的拮抗特性。这种细菌可以扮演两种不同的角色:无法分裂的自由游动和附着在表面的繁殖状态。

  生活方式和环境条件都影响两种信号分子的浓度。信号分子ppGpp和c-di-GMP争夺跟总开关的结合。“在携带高水平ppGpp的细菌中,这种蛋白质被打开,细菌就很活跃。”Jenal说,“在这种状态下,葡萄糖的消耗处于高潮。同时,产生的有害氧自由基被有效地中和。”这保证了代谢反应适合运动游泳细胞的高能量需求,避免了细胞损伤。

  在良好的生活条件下,有充足的营养,c-di-GMP水平会不断上升,迫使细菌发展成无柄形态。“在这种情况下,c-di-GMP将ppGpp置换出来,改变其结构并关闭。”Jenal说,“这改变了代谢反应,允许细菌定居、生长和繁殖。”

  通过分子主开关,科学家发现了两个调控网络之间的联系,这两个网络一直被认为是独立运作的。研究人员表示,虽然新月柄杆菌是一种无害的环境细菌,但新发现的机制也可能在病原菌中发挥重要作用。

来源:中国科学报

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