《細胞》：科學家揭示細菌通訊路徑奧秘

這一研究提升了改造細菌以作為探測化學污染傳感器的可能性

美國科學家近日通過研究，揭示了細菌怎樣確保對從外界進入的成千上百個信號作出正確的響應，并成功地“重新連接”了控制這些反應的細胞通訊路徑。這一研究提升了改造細菌以作為探測化學污染傳感器的可能性。相關論文發表在6月13日的《細胞》（Cell）雜志上。

在大多數例子中，通訊路徑包括兩種蛋白。第一種蛋白稱為組氨酸激酶，接收外部信號，接著它激活第二種蛋白，稱為應答調控子（response regulator）。
 
非常關鍵的是，每個組氨酸激酶只激活適當的應答調控子。不同的組氨酸激酶及應答調控子蛋白在結構上經常非常相似，所以科學家一直想弄清細胞怎樣避免路徑之間的串擾。
 
在最新的研究中，美國麻省理工學院的Michael Laub和同事分析了大約200種細菌的基因組，它們具有幾百種不同的路徑對不同的外部刺激作出響應。營養、抗生素、溫度及光能喚起多種響應，包括特殊基因的轉錄。
 
根據之前的研究，研究人員總結認為，交互作用的特異性是由組氨酸激酶上的氨基酸以及應答調控子上相應的氨基酸所決定的。
 
為了證實這種理論，研究人員在近1300對蛋白對（組氨酸激酶及其目標應答調控子）中尋找氨基酸共同進化的模式。當蛋白對中的一個蛋白發生變異時，另一個蛋白中的相應氨基酸也發生變異，這稱為共同進化，它的作用在于使蛋白對維持著交互作用。
 
研究人員最終鑒別出了一小組共同進化的氨基酸。通過使目標氨基酸變異，研究人員成功地“重新連接”了5個路徑，從而證實了這些氨基酸決定著信號特異性。
 
Laub表示，這樣的操作能夠使科學家改造細菌，使其在檢測到甲苯等污染物時表現出發光等新奇的行為，成為有用的生物傳感器。
 
（《細胞》（Cell），Vol 133, 1043-1054，Jeffrey M. Skerker，Michael T. Laub）