细菌可以通过感知TCA循环中间化合物实现对芳香类化合物的趋化

细菌的趋化性是指细菌可以感应环境中的化学梯度（例如某些物质的浓度），并通过控制鞭毛等运动器官的运动，实现对这些化合物的靠近或者远离的行为。细菌趋化性能够帮助它们自己适应快速变化的环境，获得有限的营养并在生态系统中占据有利生境。目前有研究表明，趋化性在细菌致病、生物膜、以及共生体（比如根瘤）形成中都发挥了重要的作用。甲基趋化受体蛋白（MCP）是细菌趋化过程中感知外界化学信号的关键分子，MCP与其它趋化相关蛋白分子相互作用，导致部分趋化相关蛋白磷酸化水平变化，实现对鞭毛运动的控制。 

　　模式生物大肠杆菌，由于生境相对比较简单，基因组中仅含有5个MCP。芳环类污染物在环境中广泛存在，很多微生物都可以利用这类化合物进行生长。同时，很多细菌（比如假单胞菌等）对这类化合物都具有趋化性。但是，这些环境微生物中参与趋化信号感应和信号传导的系统远比大肠杆菌复杂，比如，恶臭假单胞菌KT2440菌株基因组中含有27个MCP蛋白；丁香假单胞菌水稻致病变种strain 1_6菌株基因组中含有93个MCP蛋白。环境微生物中这些MCP的研究难度很大，因此微生物对这类污染物的感应机制还没有得到阐明。到目前为止，除很少一部分MCP被发现与芳环类化合物的趋化相关外，多数MCP的功能和作用机制依然未知。 

　　睾丸酮丛毛单胞菌基因组中含有20个MCP蛋白，该菌是从处理化工废水的污水处理厂污泥中分离获得。中国科学院微生物研究所微生物资源前期开发国家重点实验室刘双江研究员课题组研究发现，该细菌对4-氯硝基苯、3-羟基苯甲酸，4-羟基苯甲酸、原儿茶酸、香草酸、香草醛、龙胆酸、苯酚等化合物具有趋化性，经过多年的努力，对睾丸酮丛毛单胞菌20个MCP进行系统敲除，构建了不具有趋化能力的CNB-1D20突变株；同时，通过逐个回补MCP的手段，系统鉴定了每一个MCP蛋白在感应不同芳环类化合物过程中的作用；进一步对甲基趋化受体蛋白MCP2201与不同化合物结合能力研究发现，MCP2201不能与芳环类化合物结合，而是与三羧酸循环（TCA）中间产物结合。该项工作发现了一类全新的细菌趋化途径，即细菌可以通过感知TCA循环中间化合物实现对芳香类化合物的趋化（见示意图）。该项研究还通过在CNB-1D20突变株表达一个来源于假单胞菌的MCP分子，重新赋予了CNB-1D20突变株对芳环类化合物的趋化能力。这些研究结果暗示，在长期进化过程中，环境微生物一旦获得降解某些污染物的能力，就有可能利用原有的一些趋化途径，产生对这类化合物的趋化性。 

　　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微生物学杂志Molecular Microbiology上。