海洋生态系中细菌生物被膜形成的分子机制研究
本文对海洋生态系中细菌Shewanella生物被膜形成的分子机制进行了研究，Shewanella以其极高的呼吸多样性闻名。由于海洋是个多种电子受体共存的环境，Shewanella需要在众多选择中优先利用赋予其最高环境适应性的电子受体。发现尽管作为电子受体，氧气能够提供最高能量。因此，在氧气存在时，与其他可溶性电子受体相比，氧气具有显著优势，能够几乎完全抑制其他可溶性电子的利益。出乎预料的是，当固体电子受体存在时，情况却截然不同。虽然这类电子受体在能量产出方面能力低下，但却是Shewanella的优先选择。无论在被膜形成之前还是之后，固体电子的存在能够完全抑制依赖于氧气的气液表面生物被膜(A-L Biofilm or Pellicle)的产生，转而促进固体表面生物被膜的形成。尽管这一过程在一定程度上依赖于完整的电子传递链与金属化合物还原酶，但也被一些目前未知的机制显著影响。Shewanella拥有多个将氧气转化为水的末端氧化酶:与线粒体末端氧化酶同源、氧亲和力低但能量效用最高的细胞色素caa3型、氧亲和力高但能量效用一般的细胞色素cbb,型、和氧亲和力高能量效用极低但抗逆性强的细胞色素bd型。研究发现，Shewanella舍弃了细胞色素caa3型，而选用细胞色素cbb,型作为其主力末端氧化酶。这种选择与其偏好固体表面生物被膜的生长方式一致，因为固体表面环境含氧量较低，同时细胞色素c66,型的选用也降低了氧气的产能优势。此外，Shewanella还利用细胞色素bd型作为补充，由于其的抗逆性状，在一定程度上提高了该菌在不良环境中生存能力。为了在众多电子受体和多种末端氧化酶的共存状况下获得生存优势，Shewanella进化出了一个与己知氧气与电子受体的感知一调控系统完全不同的体系。在Escherichiacoli中，该感知系统主要由全局调控蛋白Fnr总控，通过与氧气的结合失活其与DNA结合功能实现调控，因而是一种开关模式。Shewanella采用了一种渐进模式进行调控。具体是利用全局调控蛋白Crp与cAMP结合，从而激活其DNA结合能力实现调控。由于cAMP的浓度在胞内持续存在且发生变化，因此Crp的活性也随之变化，达到全时浮动调控。鉴于各种电子受体对cAMP浓度影响程度不同，其对Shewanella的生理影响也不尽相同。
细菌微生物 生物被膜 分子机制 海洋生态系
高海春
浙江大学生命科学学院
国内会议
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2014-11-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）