近日，我所“深海微生物代谢机制与环境作用创新团队”在深海微生物多环芳烃代谢与调控机制研究方面取得重要进展。研究成果于2023年09月在在《Cell》子刊《iScience》上发表，题目为“Bacterial cell sensing and signaling pathway for external polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs)”。 创新团队首席邵宗泽研究员为文章的通讯作者，首席助理王万鹏研究员为文章的第一作者。

多环芳烃（PAHs）是具有两个或多个苯环的疏水性化合物，在全球海洋、陆地和大气中广泛分布。PAHs可以通过大气层传输，扩散至偏远的洋区。在深海水中，PAHs倾向于吸附在悬浮颗粒上，并沉积至海底沉积物。此外，海底火山爆发、洋中脊热液活动等海底活动也可产生PAHs。因此，即使在热液区、甚至洋壳深部等极端海洋环境中，也会发现PAHs的存在。2020年，同济大学李江涛等人在Nature发文报道，IODP钻井下地壳岩芯样品中也存在PAHs降解菌的活动(Li et al., 2020)。

尽管国内外已经能对海洋多环芳烃（PAHs）降解菌多样性与代谢途径研究有了较为系统的研究，但是细菌是如何发现环境中PAHs、如何将胞外的PAHs信号转导到细胞内，并驱动趋化、吸收与代谢过程等等，这些过程尚鲜为人知。为回答这些问题，我们以海洋环境中广泛分布的PAHs降解细菌Cycloclasticus为研究对象开展相关研究，确定了参与多环芳烃胞外感受、信号转导和代谢过程的不同途径调节的关键基因。该研究首次描述了一种细菌信号通路（见图1），从PAHs在细胞外膜上的感受开始，并追踪信号通过周质和内膜传导到细胞质。这是一种新的感应信号传导模式，不同于以往细菌感应系统和信号通路模式。发现了一种PAH特异的细胞表面信号复合物，它是由外膜受体PahS、周质蛋白PahP、内膜激酶PahK和调节PahR组成的复合物。一旦外膜受体PahS与PAHs接触，PAH刺激信号被传递到一个由周质底物结合蛋白PahP介导的信号通路。然后，PahP将信号传递到内膜双组分组氨酸激酶蛋白PahK，信号被传递到PahR全局调控蛋白，PahR调控PAHs下游特异性代谢途径的相关基因表达（见图2）。值得注意，在其他烃降解细菌中也存在类似的细胞表面信号系统，这一策略可能被细菌细胞广泛利用。所描述的PAHs传感和信号转导途径扩大了我们对特定有机底物细胞识别的认识。

图1. 细胞胞外PAHs感应、信号转导系统模式图

图2. 细胞外PAHs信号转导与代谢路径调控集成模式图

该研究得到了国家自然科学基金“水圈微生物”重大研究计划重点项目（91851203）、国家自然科学基金“优青”项目（41922041）及创新团队建设经费的支持。

论文链接：

https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(23)01989-2?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2589004223019892%3Fshowall%3Dtrue