安徽大学葛宏华张楠楠团队揭示细菌群体感应优化代谢和生存的调控机制

【安徽大学】

️本网讯（生命科学学院 张楠楠）近日，生命科学学院张楠楠副教授和物质科学与信息技术研究院葛宏华教授在细菌群体感应（Quorum Sensing, QS）与代谢调控领域取得重要突破。研究成果展示了群体感应如何通过协调细菌的碳和氮代谢来优化“公共物品”（如聚酮类抗生素和铁载体）生产，从而增强细菌在资源受限环境中的生存能力，相关研究成果以“Quorum Sensing Coordinates Carbon and Nitrogen Metabolism to Optimize Public Goods Production in Pseudomonas fluorescens 2P24”为题在《Advanced Science》上在线发表（doi.org/10.1002/advs.202412224）。安徽大学2020级博士研究生李杰为第一作者，生命科学学院张楠楠副教授和物质科学与信息技术研究院葛宏华教授为共同通讯作者，安徽大学生命科学学院为第一通讯单位。

群体感应调控荧光假单胞菌2P24 碳氮代谢及代谢资源重分配以平衡生长与公共物品合成示意图

群体感应是细菌通过化学信号分子感知群体密度并调节基因表达的机制。细菌通过生成和响应自诱导信号分子来协调诸如抗生素生成、铁获取和生物膜形成等重要行为，这一机制对于细菌的生态适应性、群落动态及入侵机制至关重要。尽管群体感应在细菌的生物行为中扮演着关键角色，细菌的代谢和群体感应之间的关系仍不完全明确，特别如何通过群体感应信号来平衡“公共物品”（群体共享的代谢产物）与“私人物品”（个体所需的代谢物）的生产，这仍然是一个未解的问题。本研究以应用于农业的植物促生菌荧光假单胞菌Pseudomonas fluorescens 2P24为模型，探讨了群体感应在细菌代谢网络中的作用，尤其是在资源受限或高密度环境下如何优化“公共物品”（如聚酮类抗生素和铁载体）与“私人物品”（如供能代谢物）的生产。研究发现，细菌通过群体感应信号分子的感知和响应，调控碳和氮代谢路径，平衡“公共物品”和“私人物品”的生产。这种机制帮助细菌在资源受限或高密度环境中提高生存适应性。通过转录组学、代谢组学和ChIP-seq等技术手段，研究进一步揭示了群体感应系统如何精细调控代谢网络中的关键节点。群体感应通过转录因子MupR来调节细菌的代谢通量分布，影响碳代谢途径（如三羧酸循环）和氮代谢路径，确保聚酮类抗生素与铁载体的协同生产。在资源有限时，群体感应通过限制呼吸链活性和能量密集型代谢途径，重新分配代谢资源以平衡生长和“公共物品”的生产。当群体感应系统缺失时，荧光假单胞菌会显示出更强的铁载体合成能力，而聚酮类抗生素的合成则被抑制。这表明，细菌在环境条件变化时灵活调整代谢策略，以适应生存压力，这种灵活的代谢调整机制对于细菌在复杂环境中的生存至关重要。

研究从代谢层面揭示了QS系统在平衡公共物品和私人物品生产中的关键作用，深化了对细菌群体行为与代谢调控之间关系的理解。这一发现不仅拓展了QS调控网络的研究视角，还为开发新型抗生素生产和增强农业微生物的可持续利用提供了理论依据。研究得到兰州大学何永兴教授和中国农业大学张力群教授的参与支持。

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