微生物所在芳香化合物代謝的調控機制方面取得新進展

　　芳香化合物廣泛存在于自然界，其代謝循環是地球化學元素循環的重要組成部分;同時，作為現代工業的重要原材料，芳香化合物在使用過程中大量排放到環境中，給生態系統帶來了巨大壓力。微生物經過適應和進化，形成了多種豐富的芳香化合物代謝途徑，這些代謝途徑的調控機制，是環境微生物學關注的研究熱點。

　　谷氨酸棒桿菌是一株革蘭氏陽性的土壤細菌，長期以來作為重要的氨基酸生產菌在工業上廣泛應用。中科院微生物研究所微生物資源前期開發國家重點實驗室環境微生物技術中心劉雙江課題組以該菌種為模式菌，對多條完整的芳香化合物代謝途徑進行了系統研究和報道。在前期研究的基礎上，研究組進一步研究了芳香化合物代謝的調控，近期先后報道了原兒茶酸代謝途徑調控蛋白(PcaO)、苯乙酸代謝途徑調控蛋白(PaaR)、間苯二酚代謝調控蛋白(RolR)等的作用機制[1-4]。

　　研究間苯二酚代謝的調控機制發現，間苯二酚代謝基因簇上的一個TetR類調控蛋白RolR，通過結合到一個29-bp的操縱基因rolO上，同時負調控其自身基因及該基因簇上反向轉錄的結構基因的轉錄，而間苯二酚及其中間代謝產物偏苯三酚可以解除 RolR的抑制作用，推測RolR可能通過roadblock機制來抑制其靶基因的轉錄，這是首次報導TetR類調控蛋白采用roadblock機制負調控靶基因的轉錄[1]。晶體結構解析發現，當RolR與效應物結合形成復合體后，RolR兩個亞基的DNA結合域中心距離從34.9?縮小到30.4?，使得復合物不能與DNA靶點結合，消除了轉錄抑制，轉錄得以進行[2]。

　　此外，研究組與德國比勒菲爾德大學合作，鑒定了谷氨酸棒桿菌AS 1.542中的苯乙酸(PAA)代謝基因簇和一個TetR類調控蛋白(PaaR)。PaaR通過結合到長度為22 bp的非完美回文序列上，負調控PAA代謝基因的轉錄，而PAA的代謝產物苯乙酰輔酶A可以解除PaaR的抑制作用;研究還發現，谷氨酸棒桿菌中的全局調控因子GlxR也可以結合到PAA代謝基因簇的上游，暗示GlxR也參與了PAA代謝基因簇轉錄的調控。生物信息學分析發現，在 Actinobacteria、Proteobacteria和Flavobacteria等57個細菌基因組中都存在相似的PaaR調節單元，暗示類似 PaaR的調控機制可能廣泛存在于這些細菌中[3]。

　　這些研究進展有利于深入認識微生物代謝芳香化合物過程中的調控機制，已于近期發表于Appl. Environ. Microbiol.等雜志上。相關研究得到了國家自然科學基金和國家科技部973計劃的支持。