近日，國際著名學(xué)術(shù)期刊Nature Communications《自然通訊》（Nature綜合類子刊）發(fā)表了我校生命科學(xué)學(xué)院戴雄風(fēng)/朱曼璐團(tuán)隊(duì)關(guān)于細(xì)菌生長調(diào)控與環(huán)境響應(yīng)的最新理論進(jìn)展，論文題目為“Shaping of microbial phenotypes by trade-offs”（https://www.nature.com/articles/s41467-024-48591-9）。朱曼璐教授為該論文的獨(dú)立第一作者，戴雄風(fēng)教授為該論文的獨(dú)立通訊作者，我校為該論文的獨(dú)立完成單位。
1965年諾貝爾醫(yī)學(xué)與生理學(xué)獎得主Francois Jacob（與Jacques Monod一起提出了操縱子學(xué)說，是基因表達(dá)調(diào)控概念的奠基人）曾經(jīng)說過：“每個(gè)細(xì)胞的夢想都是變成兩個(gè)細(xì)胞“?？焖俚厣L繁殖是細(xì)菌、酵母與癌癥細(xì)胞等跨物種細(xì)胞的核心頂層設(shè)計(jì)規(guī)則。癌癥細(xì)胞本質(zhì)上為真核細(xì)胞通過突變突破自身嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纳L調(diào)控機(jī)制進(jìn)而獲得類似于細(xì)菌無限增殖的能力。臨床上無論是采用抗生素治療細(xì)菌感染還是采用化療治療癌癥本質(zhì)上主要是干預(yù)細(xì)胞的生長調(diào)控過程。因此細(xì)胞生長調(diào)控機(jī)制在生物學(xué)基礎(chǔ)前沿研究中具有極其重要的地位。
目前國際主流觀點(diǎn)認(rèn)為快速生長可以使得細(xì)菌種群獲得競爭優(yōu)勢，有利于種群適合度；且基因表達(dá)調(diào)控的一個(gè)重要目的即幫助細(xì)菌實(shí)現(xiàn)胞內(nèi)資源的優(yōu)化配置進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生長速率最大化。然而與“生長速率最大化”理論相悖的一個(gè)事實(shí)是：自然界各種細(xì)菌生長速率千差萬別，許多細(xì)菌天生不追求快生長，如遍布海洋及土壤的寡營養(yǎng)菌（oligotrophic bacteria）、臨床上的一些重要的致病菌如結(jié)核分枝桿菌等。因此單一地追求快速生長并不是細(xì)菌自然選擇的必然結(jié)果。
基于團(tuán)隊(duì)近年來圍繞跨物種細(xì)菌生長調(diào)控機(jī)制的最新研究進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)全新的細(xì)菌生長調(diào)控的權(quán)衡理論體系；與“生長最大化”理論完全不同的是，在這個(gè)理論體系中，生長表型沒有特殊地位，而僅僅是細(xì)菌眾多重要性狀中的一種。生長表型與細(xì)菌其它生死攸關(guān)的重要表型如逆境存活能力、適應(yīng)波動營養(yǎng)能力、抗生素耐藥性、游動性等在細(xì)菌全局資源配置以及生理代謝方面存在內(nèi)在的此消彼長（Trade-off）的關(guān)系。此時(shí)，細(xì)菌則需要感應(yīng)自身環(huán)境變化從分子水平上對胞內(nèi)資源進(jìn)行統(tǒng)籌調(diào)控，進(jìn)而在不同性狀進(jìn)行權(quán)衡取舍。而在特定的選擇壓下，細(xì)菌胞內(nèi)資源配置優(yōu)先支持其它類型的性狀（如病原菌對宿主體內(nèi)環(huán)境的耐受能力、抗生素耐藥性能力），導(dǎo)致慢生長表型的出現(xiàn)。而“生長速率最大化”僅僅是富營養(yǎng)菌（copiotrophic bacteria）如大腸桿菌等在營養(yǎng)條件極為豐富的條件下所追求的特殊情況。
圖1：通過生長調(diào)控的權(quán)衡理論體系將微生物學(xué)的三個(gè)研究層次進(jìn)行了有機(jī)統(tǒng)一
值得一題的是，論文的最后部分討論了該權(quán)衡理論體系對于微生物學(xué)基礎(chǔ)前沿理論的重要意義，作者指出權(quán)衡理論有機(jī)地連接了微生物學(xué)的三個(gè)研究層次（底層的微生物分子遺傳學(xué)、中層的微生物生理學(xué)以及頂層的微生物生態(tài)學(xué)）。該權(quán)衡理論體系的核心是微生物生理學(xué)層面上圍繞生長表型與其它重要表型之間存在的此消彼長現(xiàn)象，該現(xiàn)象在分子水平上與細(xì)菌的基因表達(dá)調(diào)控與胞內(nèi)資源配置策略息息相關(guān)，而在生態(tài)學(xué)層面上則會最終導(dǎo)致微生物表型多樣性的產(chǎn)生（圖1）。
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