水生所等發現希瓦氏菌無氧呼吸和環境脅迫適應機制

　　希瓦氏菌屬（Shewanella）細菌擁有數十種c-型細胞色素，不僅可進行有氧呼吸，還能利用三價鐵、四價錳、六價鈾、硝酸鹽、氧化三甲胺（還原后產生的三甲胺導致水產品發臭）、二甲基亞砜等多種物質作為電子受體進行無氧呼吸，在放射性鈾污染和印染廢水治理、微生物燃料電池和水產養殖中有潛在的應用價值。

　　環境中的氧化還原物質、放射性物質和紫外線照射可導致微生物中活性氧（簡稱ROS）大量產生，ROS會破壞核酸、蛋白質和脂類生物大分子，影響微生物的生存。中國科學院水生生物研究所邱東茹研究組探討了奧內達希瓦氏菌（S. oneidensis）MR-1菌株中兩個與抗脅迫相關的sigma因子RpoE和RpoE2的功能。他們發現RpoE可上調周質空間蛋白酶基因degQ 的表達，對希瓦氏菌高溫生存是必需的，RpoE2及抗sigma因子ChrR參與對氧化脅迫的感知，而RpoE2還可上調一個編碼谷胱甘肽過氧化物酶的基因（命名為pgpD）和其他抗氧化脅迫功能基因的表達。PgpD分泌到細菌周質空間，在抗氧化脅迫中較細胞質內的旁系同源蛋白CgpD作用更強。他們還發現，在一些深海和嗜冷的希瓦氏菌基因組中沒有rpoE2-chrR基因及其調節子；敲除rpoE2 的MR-1突變株在模擬深海環境的低溫高鹽脅迫條件下生長更快，證明RpoE2所調節的抗氧化脅迫反應不利于希瓦氏菌對高鹽低溫的耐受，即兩種抗脅迫反應之間存在折衷作用（trade-off），顧此失彼（BMC Microbiology, 2015, 15: 34）。

　　腐敗希瓦氏菌（S. putrefaciens）W3-18-1株等該屬多數基因組中含有分別編碼周質空間硝酸鹽還原酶NapDAGHB和NapDABC的兩個基因簇，實驗顯示兩者都在硝酸鹽還原中起作用。不同的是，napDABC基因簇的轉錄不受第二信使環狀腺苷酸（cAMP）受體蛋白Crp的調控，在微氧條件下，硝酸根即可誘導其表達，W3-18-1株的硝酸鹽還原反應比僅擁有napDAGHB 基因簇的MR-1株相對提前、氧氣未耗盡即可進行（Applied and Environmental Microbiology, 2013, 79(17): 5250-5257）。因此，W3-18-1可能更適應氧氣含量較高的環境。

　　以上研究由博士研究生戴景程和魏賀紅等人在研究員邱東茹指導下完成，是與美國俄克拉荷馬大學教授周集中合作的部分成果。其他成果已申請一項美國發明ZL，希望能夠實現產業化。