华大在线讯（通讯员 龚思颖）近日，生命科学学院微生物合成与定量生物学实验室在国际生物化学与分子生物学著名杂志《Nucleic Acids Research》发表了题为“Growth suppression by altered (p)ppGpp levels results from non-optimal resource allocation inEscherichia coli”的研究论文。生科院朱曼璐博士为论文的第一作者，生科院戴雄风博士为论文的通讯作者，生科院是唯一作者单位。

大约在50年前，研究者使用薄层层析分析大肠杆菌在氨基酸饥饿条件下的代谢物时，意外发现薄层层析中多出了一个明显的斑点，研究者当时称其为“Magic SpoT”（魔斑），也就是后来的鸟苷四／五磷酸(p)ppGpp。半个世纪的研究表明，(p)ppGpp正如其绰号“魔斑”一样，是微生物体内最为魔幻的代谢分子。研究者发现(p)ppGpp可以抑制生命中心法则的几乎所有步骤。更令人匪夷所思的是，这种小分子可以调节微生物众多生死攸关的生理步骤，包括：抗生素耐药、逆境存活、致病性与毒性、生物膜合成、游动性、芽孢形成以及竞争性。研究者戏称(p)ppGpp这种十八般武艺特性为“魔幻舞者”（Magic dancer）。

半个世纪的研究远远没有揭开(p)ppGpp的魔幻面纱，现有的(p)ppGpp研究主要集中在逆境与营养饥饿状态下。然而(p)ppGpp与决定细菌种群繁殖的关键周期——指数生长的关系依旧模糊不清。该项研究独辟蹊径，采用合成生物学手段，将果蝇（Drosophila）中的(p)ppGpp水解酶应用到大肠杆菌中，便于精细地调控细菌胞内(p)ppGpp含量。首次系统地揭示了(p)ppGpp对细菌指数生长与基因表达的全局调控功能。(p)ppGpp作为细菌体内的“顶层管家”，牵一发而动全身，负责对维持细菌生长的两大核心部门“核糖体部”与“代谢类蛋白部”进行合理的“预算”配置，进而从全局上决定细菌的生长状态。研究中进一步采用定量生物学手段，采用基于粗粒度数学模型的“蛋白质组资源分区”模型将(p)ppGpp与细菌生长以及基因表达通过简单的数学方程整合到了一起。

此外，课题组近期还对渗透压胁迫对细菌生长、蛋白质翻译、抗生素耐药性与细胞大小的影响进行了系统性的研究，2018年分别在美国微生物学会（ASM）旗舰杂志《mBio》以及其姊妹期刊《mSphere》发表了数篇研究论文。

相关论文链接：

https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkz211/5420536

https://mbio.asm.org/content/9/1/e02375-17

https://msphere.asm.org/content/3/2/e00095-18

https://msphere.asm.org/content/3/5/e00430-18

https://msphere.asm.org/content/3/6/e00567-18