近日，我校生命科学学院戴雄风团队与美国加州大学圣地亚哥分校（UCSD）物理系华泰立团队，合作在国际著名学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表了关于远源细菌蛋白质组分配策略及生长调控机制的新发现，论文题目为“Distantly related bacteria share a rigid proteome allocation strategy with flexible enzyme kinetics”(https://doi.org/10.1073/pnas.2427091122)。我校朱曼璐教授与UCSD助理研究员Matteo Mori为该论文的共同第一作者，戴雄风教授与华泰立教授为该论文的共同通讯作者。该研究历时七年攻关，揭示了大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和目前已知增殖速度最快的“超级生长菌”——需钠弧菌等远缘细菌共享一种跨物种的蛋白质组分配策略。这一发现挑战了传统认知，为微生物资源优化和合成生物学应用提供了全新视角。
过去数十年，科学家们对细菌生长调控的认知主要基于模式细菌大肠杆菌模型，认为蛋白质组分配与细菌生长速率直接相关。然而，多项研究表明，不同细菌物种在相同环境下的生长速率差异巨大，传统理论无法解释其共性机制。本研究首次将比较对象扩展至远缘细菌物种，结合多组学数据揭示了跨细菌物种的保守性调控策略。研究团队对三种细菌物种（大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、需钠弧菌）进行了系统性实验，通过大规模定量蛋白质组学分析发现，尽管这些细菌在系统发育上相距甚远，且生长速率差异显著，但其蛋白质组分配策略遵循统一的“内部调控蓝图”（图1）。这种策略由核糖体动力学的饱和度决定，而非生长速率。例如：“超级生长菌”——需钠弧菌通过提高核糖体延伸速率（相当于“酶工作效率”），而非增加核糖体数量，实现了比大肠杆菌快50%的生长速度，其表现类似于其他细菌物种在高温下的代谢状态。研究还发现，不同细菌在相同营养条件下，蛋白质组中翻译机器、氨基酸合成等核心功能模块的占比高度一致，且随营养条件变化的规律可被统一的数学模型描述。
这项研究揭示了生命演化中“刚性与柔性”的奇妙平衡。细菌通过保守的蛋白质组分配策略维持其核心功能，同时灵活调整酶活性以适应环境。这或许是一种普适性的生存智慧。
图1. 大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和需钠弧菌共享同一蛋白质组分配“蓝图”。
文字来源：李韧
图片来源：戴雄风课题组
初审初校：李韧
复审复校：万翠红
终审终校：邱保胜
