Science：细菌所产生的特殊抗生素—吩嗪如何增强其对磷元素的获取？

2021年3月9日 讯 /生物谷BIOON/ --多年来，科学家们都知道，当存在食物和空间竞争时，某系细菌会产生对其它细菌有害的分子；近日，一项刊登在国际杂志Science上的研究报告中，来自加州理工学院等机构的科学家们通过研究发现，这些所谓的抗生素还有另一个用途，即当资源匮乏时，其能帮助细菌获得必要的营养物质。

文章中，研究人员重点对假单胞菌属的细菌种类进行研究，同时还对其所产生的吩嗪（phenazines）进行了研究，研究者Newman的实验室对吩嗪及其化学和生物学特性研究了斤20年。研究者McRose说道，如今我们知道这些假单胞菌所产生的“抗生素”（吩嗪）能够杀死竞争对手，但我们想回答的是，有机体所产生的吩嗪是否有其它功能或益处？

图片来源：Darcy McRose

尽管研究者Newman的实验室多年来已经确定了这些分子的多种作用，但假单胞菌并不总是产生吩嗪，因此研究人员首先研究了这些微生物会在哪些条件下产生吩嗪，结果发现，当假单胞菌在其所处的环境中可利用的磷水平有限时，其就会产生吩嗪；磷是所有生命维持机体功能所必需的营养物质，其常常以多种化学形式存在；当其以生物体可利用的形式存在时就被认为是生物可利用的，举个例子，小麦不能作为食物被人类所食用，但其却可以以面粉的形式被烘烤成面包的形式而被机体消化；同样地，附着在铁矿表面的磷也很难被细菌所接触到，其首先需要被释放出来。

研究者McRose想知道是否生物可利用的磷的缺失与吩嗪产生之间存在某种关联，此前研究人员发现，吩嗪能介导特殊的化学反应使得土壤中的铁氧化物溶解；研究者McRose指出，这一过程或能释放被吸附的磷元素，从而使其成为可利用形式的磷；在实验中，研究者利用了吸附磷元素的氧化铁和含有磷元素与氧化铁结合的自然沉积物，随后加入了吩嗪，结果观察到生物可用的磷元素水平增加了。

随后研究人员利用一种通过遗传修饰无法产生吩嗪的假单胞菌进行实验，他们将这些突变的微生物培养在磷元素仅以铁矿物质结合的方式存在的环境中，并与生长在相同环境中的非突变的假单胞菌进行比较；结果发现，正常的细菌能够生长和存货，这或许是其能利用吩嗪来从铁矿物质中获取磷元素，然而，不能产生吩嗪的突变假单胞菌却不能很好地生长。磷元素不仅仅是假单胞菌所需要的，其是包括农作物在内的所有生物体赖以生存所必需的营养物质，研究者表示，理解像假单胞菌等微生物与多种磷元素形式之间的关联，以及微生物在制造可用磷元素中所扮演的关键角色，对于做出可持续的决策（比如关于肥料的使用）非常重要。

研究者Newman说道，本文研究融合了我们对某些抗生素产生时间的观察以及对其所产生的化学反应的理解，此外本文研究还改善了科学家们对植物根部土壤中出现的微观关系的理解。揭开这些化合物在宏量营养素获取中所扮演的关键角色让人非常兴奋，未来研究人员希望利用相关研究结果来探索可持续的策略来促进农田中磷元素的生物可利用率。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Darcy L. McRose，Dianne K. Newman. Redox-active antibiotics enhance phosphorus bioavailability, Science  05 Mar 2021: Vol. 371, Issue 6533, pp. 1033-1037 DOI: 10.1126/science.abd1515