細菌常常被認為是一類(lèi)“低等”的單細胞生物，生存方式簡(jiǎn)單。然而，現代微生物學(xué)研究改變了這一錯誤看法，發(fā)現細菌具有許多和高等生物類(lèi)似的特性。例如，在信號認知這個(gè)事關(guān)生命生存與死亡的關(guān)鍵問(wèn)題上，細菌不僅能感知環(huán)境刺激，而且不同細菌個(gè)體之間能利用化合物作為分子“語(yǔ)言”進(jìn)行細胞間通訊(即群體感應，quorum-sensing)，感知同種生物的存在及種群大小，從而在寄主感染、自由生存和逆境適應過(guò)程中相互交流，協(xié)作行動(dòng)，表現出明顯的群體性和社會(huì )性。

   已知細菌的分子“語(yǔ)言”包括高絲氨酸內酯、小肽、喹喏酮等，其中，一類(lèi)被稱(chēng)為“擴散調控因子(DSF)”的化合物是黃單胞菌、假單胞菌、嗜麥芽窄食單胞菌和博克氏菌等多種動(dòng)、植病原細菌進(jìn)行細胞間通訊的信號物質(zhì)。

   在過(guò)去的近30年時(shí)間里，科學(xué)家一步步解析著(zhù)細菌感知 DSF 信號的過(guò)程和原理：1991年，廣西大學(xué)教授唐紀良在英國開(kāi)展研究期間，首次發(fā)現植物病原細菌(野油菜黃單胞菌)與動(dòng)物病原細菌一樣，其雙組分信號轉導系統(RpfC-RpfG)也是調控致病力的主要控制機制;1997年左右，英國 John Innes 研究中心教授 MJ. Daniels 及其同事研究表明：RpfC 應該是識別胞外 DSF 信號的受體，但 DSF 究竟是什么性質(zhì)的化合物仍然未知;直到2004年，新加坡分子與細胞生物學(xué)研究所(IMCB)教授張煉輝研究組成功地從細菌分泌物中鑒定出了 DSF 信號分子，結構解析證明DSF是一種12碳的脂肪酸;此后，研究者鑒定出了許多 DSF 家族的脂肪酸，發(fā)現它們不但是細菌個(gè)體間通訊的信號化合物，而且也是細菌與真菌、細菌與植物之間進(jìn)行跨界信號交流的信號物質(zhì)。雖然后續研究發(fā)現了一些能夠結合 DSF 分子的蛋白質(zhì)(如 RpfR 和 RpfS)，但由于它們都是細胞質(zhì)蛋白，不太像是位于細胞表面感應細胞外 DSF 的受體。而對于早就被研究者推測感應胞外 DSF 信號的 RpfC 來(lái)說(shuō)，由于這個(gè)受體結構復雜，是一個(gè)含有5個(gè)跨膜區的組氨酸激酶，在開(kāi)展酶學(xué)分析和膜蛋白-脂肪酸相互作用研究時(shí)技術(shù)難度較大，因此一直缺乏直接證據來(lái)證明 RpfC 的確就是細菌感知 DSF 的受體。

   中國科學(xué)院微生物研究所錢(qián)韋研究組從事植物病原細菌感知信號的研究，致力于分析細菌雙組分信號轉導系統(即細菌的“智商”)如何識別寄主植物與環(huán)境信號。最近，他們成功地將全長(cháng) RpfC 組氨酸激酶受體組裝到脂質(zhì)雙分子層或納米盤(pán)(nanodisc)中，獲得了具有酶學(xué)活性的蛋白脂質(zhì)體，為從生物化學(xué)水平研究 RpfC 提供了分析平臺?；谠撈脚_，他們綜合利用微量熱泳動(dòng)(MST)、熱遷移(TSA)和圓二色譜等分析技術(shù)，證明 DSF 分子直接結合在 RpfC 信號感應區一段長(cháng)22個(gè)氨基酸的區域上，激活 RpfC 蛋白的激酶活性。特別有趣的是，發(fā)現在細菌種群密度低時(shí)，RpfC 的近膜區(juxtamembrane)抑制自身的激酶活性，但在細菌種群密度較高時(shí)，DSF 刺激解除了該抑制，從而激活群體感應信號通路，調控細菌致病因子的表達和生物被膜(biofilm)的形成。因此，該研究從酶學(xué)和生物化學(xué)角度提出了有力的證據，不但證明 RpfC 確實(shí)是 DSF 信號分子的膜受體，解決了細菌細胞間通訊研究中的一個(gè)難題，而且建立了膜受體-脂肪酸相互作用生化分析平臺，為深入研究 DSF 家族信號分子在細胞間通訊中的調控功能，發(fā)展能夠阻斷細菌群體感應過(guò)程的新型抗菌化合物打開(kāi)了突破口。

   這項成果是錢(qián)韋研究組繼近期發(fā)現黃單胞菌的“智商”(即雙組分信號轉導系統)感知高鹽脅迫(Wang et al， 2014， Environ Microbiol. 16：2126-2144)、感知寄主植物體內的鐵匱乏環(huán)境(Wang et al， 2016. PLoS Pathogens. 12： e1006133)之后，再次在該領(lǐng)域做出的重要進(jìn)展。研究結果已經(jīng)發(fā)表于期刊 PLoS Pathogens。微生物所博士研究生蔡珍、袁智惠是論文的并列第一作者。研究獲得了中科院戰略性先導科技專(zhuān)項 B 類(lèi)和國家自然科學(xué)基金面上項目的資助。

   原始出處：Zhen Cai，et al.Fatty acid DSF binds and allosterically activates histidine kinase RpfC of phytopathogenic bacterium Xanthomonas campestris pv. campestris to regulate quorum-sensing and virulence.PLoS Pathogens.