微生物的趨化性指的是細(xì)菌對(duì)環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)表現(xiàn)出的趨近或者遠(yuǎn)離的行為。對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的趨近或者對(duì)有害物質(zhì)的遠(yuǎn)離，賦予了細(xì)菌主動(dòng)占據(jù)有利環(huán)境的能力，從而增加了其生存優(yōu)勢(shì)。甲基受體趨化蛋白（methyl-accepting chemotaxis protein, MCP）是微生物細(xì)胞感應(yīng)外界環(huán)境中化學(xué)信號(hào)的關(guān)鍵蛋白之一，MCP通常穿越細(xì)胞膜，一部分位于細(xì)胞周質(zhì)(periplasma)中，另一部分位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，其位于細(xì)胞周質(zhì)的部分能夠感應(yīng)外界化學(xué)信號(hào)，進(jìn)而調(diào)節(jié)其下游雙組份信號(hào)系統(tǒng)的活性，最終改變細(xì)菌鞭毛的旋轉(zhuǎn)方向，細(xì)胞最終表現(xiàn)為趨近或者遠(yuǎn)離的趨化行為。
芳香化合物在環(huán)境中廣泛存在，例如工農(nóng)業(yè)排放的廢棄物、植物根系分泌物等，微生物能夠使它們作為碳源生長(zhǎng)，而且很多細(xì)菌如假單胞菌、伯克氏菌和根瘤菌等都具有對(duì)芳香化合物趨化的能力。之前的研究表明，細(xì)菌可以通過(guò)MCP感知小分子化合物例如三羧酸循環(huán)過(guò)程中的有機(jī)酸化合物，間接感應(yīng)芳香類(lèi)化合物濃度水平，并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)芳香化合物的趨化(Ni et al. 2013, Mol Microbiol 90: 813-823)。除此之外，根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)觀察和分析，科學(xué)家推測(cè)細(xì)菌也能夠直接感應(yīng)環(huán)境中的芳香化合物，但是直接結(jié)合芳香化合物并激活趨化信號(hào)通路的MCP卻一直沒(méi)有發(fā)現(xiàn)和報(bào)道。
睪丸酮叢毛單胞菌（Comamonas testosteroni）CNB-1能夠降解多種芳環(huán)類(lèi)污染物，并能夠與植物聯(lián)合修復(fù)受氯代硝基苯污染的土壤，同時(shí)對(duì)環(huán)境中的多種芳香化合物也具有趨化能力。中國(guó)科學(xué)院微生物研究所劉雙江研究組以CNB-1為研究對(duì)象，開(kāi)展微生物對(duì)芳香化合物趨化的研究工作，在前期工作的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)能夠直接和2,6-二羥基苯甲酸、2-羥基苯甲酸等芳香化合物結(jié)合的甲基受體趨化蛋白，命名為MCP2901，進(jìn)一步利用Nanodisc技術(shù)重構(gòu)了體外趨化信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)，證明了MCP2901能夠激活下游信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)。MCP2901是報(bào)道的能夠直接結(jié)合芳香化合物的第一個(gè)甲基受體趨化蛋白，該發(fā)現(xiàn)為深入理解CNB-1在植物根際行為、設(shè)計(jì)智慧環(huán)境微生物技術(shù)提供了基礎(chǔ)，為研制檢測(cè)芳香化合物的生物傳感器提供了新的生物材料。
該課題得到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持，相關(guān)研究成果已經(jīng)在線(xiàn)發(fā)表在Molecular Microbiology上。
圖注：微生物能夠感應(yīng)環(huán)境中的芳香化合物，具有趨化能力。利用微生物對(duì)芳環(huán)類(lèi)污染物的趨化特性，可以設(shè)計(jì)主動(dòng)尋找污染物的智能微生物，開(kāi)發(fā)智慧環(huán)境微生物技術(shù)。
