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武漢大學袁荃教授團隊在微生物代謝分析與調控領域研究取得新進展
來源：武漢大學 2023-12-01
導讀：近日，國際綜合性期刊《自然·通訊》（Nature Communications）在線發表了武漢大學化學與分子科學學院袁荃教授在微生物代謝分析與調控領域的研究成果，論文題目為“Redox signaling-driven modulation of microbial biosynthesis and biocatalysis”。武漢大學為論文第一署名單位和通訊作者單位，武漢大學化學與分子科學學院2019級博士研究生陳娜以及2020級博士研究生杜娜為論文的第一作者，武漢大學袁荃教授、余鋰鐳教授為論文共同通訊作者。
微生物-微生物通信可用于多重代謝任務分配，增強微生物體系的協調性，在生命進化過程中扮演了重要的作用。如何開發一種簡單的通用性方法來構建微生物體系通信網絡系統，用于微生物代謝行為的自協調和動態調控，依然面臨巨大挑戰。基于氧化還原物質的通信方式可通過電子的得失實現氧化還原狀態的動態可逆循環，在代謝過程的動態可逆調節中發揮了重要作用。類似于電子信息學領域的通信網絡系統，氧化還原通信系統同樣地可通過對連續動態的氧化還原信號進行感知、分析和處理。這種基于氧化還原的通信網絡有望用于代謝過程的智能化動態可逆調控，實現代謝途徑過程中的資源動態再分配，提高代謝通量，在高附加值產物生物合成等領域具有重要的應用潛力。本研究中，作者基于微生物體系電子傳遞引發的Fe3+/Fe2+信號轉化，建立了一個包含希瓦氏菌“路由器”、光學納米探針“驗證器”以及沼澤紅細菌“致動器”的微生物循環通信網絡模型，通過對體系中氧化還原動態信息的感知、分析和處理，實現微生物代謝過程的動態調控，提升微生物合成高效附加值產物的效率。通過對該模型分析研究，作者發現這種基于電子傳遞的氧化還原網絡可促進微生物體系中相關電子傳遞蛋白高表達，通過氧化還原狀態的動態可逆切換為沼澤紅“致動器”源源不斷的定向運輸電子流，提高沼澤紅細菌“致動器”中關鍵還原性分子包括NADPH、NADH的含量，進而影響微生物代謝。研究結果表明，這種基于電子傳遞的氧化還原網絡可實現微生物代謝調控，協調雙菌體系及三菌體系中細菌的代謝行為，有效提升了沼澤紅細菌“致動器”生物合成效率以及CO2固定效率。此研究提出的基于電子傳遞的氧化還原通信的代謝調節策略有望為生物合成、碳中和等領域提供一種新的可能的思路和方法。該項研究得到了武漢大學科研公共服務條件平臺、武漢大學人民醫院分子醫學研究院、武漢大學化學與分子科學學院的支持。該項研究獲得了國家科學技術部、國家自然科學基金委、中央高校基本科研業務費專項資金的經費支持。論文原文：https://doi.org/10.1038/s41467-023-42561-3
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