華大在線(xiàn)訊（通訊員 李韌）近日，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Nature Communications《自然通訊》（Nature綜合類(lèi)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(zhǎng)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(jiǎng)得主Francois Jacob（與Jacques Monod一起提出了操縱子學(xué)說(shuō)，是基因表達(dá)調(diào)控概念的奠基人）曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“每個(gè)細(xì)胞的夢(mèng)想都是變成兩個(gè)細(xì)胞“?？焖俚厣L(zhǎng)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(guò)突變突破自身嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纳L(zhǎng)調(diào)控機(jī)制進(jìn)而獲得類(lèi)似于細(xì)菌無(wú)限增殖的能力。臨床上無(wú)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(zhǎng)調(diào)控過(guò)程。因此細(xì)胞生長(zhǎng)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(guó)際主流觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為快速生長(zhǎng)可以使得細(xì)菌種群獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，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(zhǎng)速率最大化。然而與“生長(zhǎng)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(zhǎng)速率千差萬(wàn)別，許多細(xì)菌天生不追求快生長(zhǎng)，如遍布海洋及土壤的寡營(yíng)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(zhǎng)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(lái)圍繞跨物種細(xì)菌生長(zhǎng)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(zhǎng)調(diào)控的權(quán)衡理論體系；與“生長(zhǎng)最大化”理論完全不同的是，在這個(gè)理論體系中，生長(zhǎng)表型沒(méi)有特殊地位，而僅僅是細(xì)菌眾多重要性狀中的一種。生長(zhǎng)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(dòng)營(yíng)養(yǎng)能力、抗生素耐藥性、游動(dòng)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(zhǎng)（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(duì)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(lèi)型的性狀（如病原菌對(duì)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(zhǎng)表型的出現(xiàn)。而“生長(zhǎng)速率最大化”僅僅是富營(yíng)養(yǎng)菌（copiotrophic bacteria）如大腸桿菌等在營(yíng)養(yǎng)條件極為豐富的條件下所追求的特殊情況。

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(duì)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(zhǎng)表型與其它重要表型之間存在的此消彼長(zhǎng)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(huì)最終導(dǎo)致微生物表型多樣性的產(chǎn)生（圖1）。

圖1：通過(guò)生長(zhǎng)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

該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（青年科學(xué)家項(xiàng)目）、國(guó)家自然科學(xué)基金、武漢市科技重大專(zhuān)項(xiàng)、華中師范大學(xué)“學(xué)者名師支持計(jì)劃”以及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)的資助。

（審讀人：邱保勝 徐芬）