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【科技日報】細菌酸耐受性新機理揭示

2020-03-25 科技日报 王健高 刘佳
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  24日,记者从中國科學院青岛生物能源与过程研究所(以下简称“青岛能源所”)获悉,该所咸漠和赵广带领研究组发现了一种大肠杆菌酸耐受性新机理,可以保证细菌在酸性环境下的正常生长。

  據鹹漠與趙廣兩位科研人員介紹,該研究發現傳感激酶CpxA可以通過組氨酸殘基的質子化直接感應酸性環境,並激活其配對的調控蛋白CpxR來啓動不飽和脂肪酸合成基因fabA和fabB的表達,最終提高細胞膜磷脂中不飽和脂肪酸的比例。細胞膜磷脂成分的變化會降低細胞膜的流動性和質子通透性,從而維持大腸杆菌細胞內部的pH不會受外界酸性環境的影響。

  據了解,對于細菌來說在酸性環境中的生長能力至關重要。例如大腸杆菌和沙門氏菌等會在宿主消化道內定殖並引起疾病,而它們在侵染宿主的全過程中都要抵禦外界的酸性環境:人的胃部呈強酸性(pH 1.5-2.5),被認爲是宿主防禦腸道致病菌的第一道屏障;而小腸內呈弱酸性(pH 4-6),大腸杆菌等會在這裏快速繁殖並致病。目前已知的大腸杆菌酸抗性系統有5種,它們可以維持大腸杆菌在pH 2左右的環境中存活數小時,但卻對大腸杆菌在pH 4-6條件下的生長毫無作用。

  青島能源所科研人員發現的這種酸耐受性機制在有機酸發酵領域也具有良好的應用前景。有機酸是一類重要的微生物發酵産品,然而高濃度有機酸的積累會造成發酵液pH的下降,嚴重抑制生産菌株的生長和後續生産,所以在發酵過程中必須添加堿液維持中性狀態。前期研究中科研人員構建了生産3-羟基丙酸的大腸杆菌工程菌株。將該酸耐受性系統導入到工程菌株後,無論是否調節發酵液pH,都可以得到相似的細胞濃度和3-羟基丙酸産量。這樣可以大幅降低有機酸的發酵生産成本,提高有機酸生物合成過程的經濟性。

  相關工作發表于《自然通訊》(Nature Communications)雜志,鹹漠研究員和趙廣研究員爲通訊作者,博士生許瑩和趙喆爲共同第一作者。

  據介紹,該研究工作得到了南開大學劉斌研究員、亞利桑那州立大學Shi Yixin教授和山東大學祁慶生教授的幫助。

  (原载于《科技日报》 2020-03-25 03版)

打印 責任編輯:侯茜

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