水生所等发现希瓦氏菌无氧呼吸和环境胁迫适应机制

　　希瓦氏菌属（Shewanella）细菌拥有数十种c-型细胞色素，不仅可进行有氧呼吸，还能利用三价铁、四价锰、六价铀、硝酸盐、氧化三甲胺（还原后产生的三甲胺导致水产品发臭）、二甲基亚砜等多种物质作为电子受体进行无氧呼吸，在放射性铀污染和印染废水治理、微生物燃料电池和水产养殖中有潜在的应用价值。

　　环境中的氧化还原物质、放射性物质和紫外线照射可导致微生物中活性氧（简称ROS）大量产生，ROS会破坏核酸、蛋白质和脂类生物大分子，影响微生物的生存。中国科学院水生生物研究所邱东茹研究组探讨了奥内达希瓦氏菌（S. oneidensis）MR-1菌株中两个与抗胁迫相关的sigma因子RpoE和RpoE2的功能。他们发现RpoE可上调周质空间蛋白酶基因degQ 的表达，对希瓦氏菌高温生存是必需的，RpoE2及抗sigma因子ChrR参与对氧化胁迫的感知，而RpoE2还可上调一个编码谷胱甘肽过氧化物酶的基因（命名为pgpD）和其他抗氧化胁迫功能基因的表达。PgpD分泌到细菌周质空间，在抗氧化胁迫中较细胞质内的旁系同源蛋白CgpD作用更强。他们还发现，在一些深海和嗜冷的希瓦氏菌基因组中没有rpoE2-chrR基因及其调节子；敲除rpoE2 的MR-1突变株在模拟深海环境的低温高盐胁迫条件下生长更快，证明RpoE2所调节的抗氧化胁迫反应不利于希瓦氏菌对高盐低温的耐受，即两种抗胁迫反应之间存在折衷作用（trade-off），顾此失彼（BMC Microbiology, 2015, 15: 34）。

　　腐败希瓦氏菌（S. putrefaciens）W3-18-1株等该属多数基因组中含有分别编码周质空间硝酸盐还原酶NapDAGHB和NapDABC的两个基因簇，实验显示两者都在硝酸盐还原中起作用。不同的是，napDABC基因簇的转录不受第二信使环状腺苷酸（cAMP）受体蛋白Crp的调控，在微氧条件下，硝酸根即可诱导其表达，W3-18-1株的硝酸盐还原反应比仅拥有napDAGHB 基因簇的MR-1株相对提前、氧气未耗尽即可进行（Applied and Environmental Microbiology, 2013, 79(17): 5250-5257）。因此，W3-18-1可能更适应氧气含量较高的环境。

　　以上研究由博士研究生戴景程和魏贺红等人在研究员邱东茹指导下完成，是与美国俄克拉荷马大学教授周集中合作的部分成果。其他成果已申请一项美国发明ZL，希望能够实现产业化。