酰胺酶影响丝状蓝细菌细胞间物质交流的机制方面取得新发现

　　北大生命科学学院赵进东课题组近日在丝状蓝细菌相邻细胞间的物质交流的机制方面取得新进展，该工作发现酰胺酶（amidase）对蓝细菌细胞间的物质交流（intercellular communication）以及异型胞分化是必须的，揭示了细胞间的物质交流对格式（pattern）形成的重要作用。该成果于 2017 年 2 月 6 号在线发表于 PNAS。

　　异型胞是鱼腥藻属丝状蓝细菌（Anabaena 7120）在氮源缺乏时为固氮而分化的特殊细胞，大约每隔 10 个营养细胞就会有一个异型胞，这种格式形成是生物界最简单的二维格式之一，对真核多细胞的分化有着启示作用，Anabaena 7120 也被当作研究细胞分化和格式形成的模式生物。这种格式的分化需要各种信号分子的调控，信号分子在菌丝内的流通需要依赖细胞间的物质交流途径。通过电镜技术已经发现在蓝细菌相邻细胞间存在着类似于植物胞间连丝的"细胞质桥"（channels）结构，使得细胞质间的物质能直接交流。而 channels 能穿透细胞板（septa）上的肽聚糖层，在细胞板的中间区域形成纳米孔（nanopores）。本课题组新发现一种能水解细菌肽聚糖层的酰胺酶（AmiC3）对蓝细菌细胞之间的物质交流有重要作用。AmiC3 定位在周质空间的细胞分裂环上，AmiC3 的缺失突变体（M40）导致 Anabaena 7120 不能分化异型胞，通过小荧光分子的荧光淬灭恢复实验证明 M40 细胞质之间的物质交流受损，减氮诱导条件下菌丝内异型胞分化信号分子 HetR 和 PatS 的表达均出现紊乱。电镜照片显示 M40 的 nanopores 的直径远小于野生型，说明 AmiC3 影响 nanopores 的扩张性，使得诱导异型胞分化的信号分子不能通过 channels 流通扩散，导致格式分化紊乱。该成果解释了该领域先前电镜下得到的 channels 与 nanopores 直径结果相差甚远的矛盾，促进了对蓝细菌 channels 的形成机制的研究。