土壤中的细菌信号分子

链霉菌属的细菌产生称为精酮化合物的化学物质，许多其他微生物会与之发生反应：细菌形成生物膜，藻类结合在一起形成聚集体，真菌产生信号物质，否则它们不会产生这些信号物质，从而引发其他生物体的新反应。莱布尼茨天然产物研究和感染生物学研究所(Leibniz-HKI)的研究人员在一项研究中证明了这一点，他们研究了各种链霉菌属物种、它们产生的精氨酸酮化合物及其对其他土壤微生物的影响。

尽管微生物不能说话，但它们可以相互交流。为此，它们使用其他微生物理解为信号的化学物质。“这些是相对较小的有机化合物，被称为天然产物，”该研究的负责人、莱布尼茨-HKI 主任、耶拿弗里德里希席勒大学教授阿克塞尔·布拉哈格 (Axel Brakhage) 解释道。“微生物产生多种此类化合物，我们才刚刚开始理解这种语言。”

链霉菌属细菌显然对于土壤中的传播特别重要。莱布尼茨-HKI 的研究人员最近在《自然微生物学》上发表的一项研究中发现，它们在世界各地都有发现，并产生许多不同的精氨酸酮化合物。精酮化合物是聚酮化合物的一个亚类，是由各种生物体产生的一组天然产物。许多聚酮化合物具有医学意义，因为它们是抗生素或对抗癌细胞。

莱布尼茨-HKI 团队鉴定出的精氨酸酮化合物会引发土壤中的各种过程。“在之前的研究中，我们已经发现真菌构巢曲霉只有在链霉菌存在的情况下才会产生一些物质，”该研究的两位主要作者之一玛丽亚·斯特罗(Maria Stroe)说。精氨酸酮化合物阿扎霉素 F 被认为是造成这种情况的原因。

因此，在当前的研究中，研究人员调查了链霉菌是否产生其他作为信号物质具有活性的化合物。该研究的主要作者 Mario Krespach 解释说：“通过文献检索，我们发现了大量例子，其中世界范围内的链霉菌物种产生结构相似的化合物，或者至少具有相应精氨酸酮化合物的生物合成基因簇。”

研究人员从土壤样本中的链霉菌菌株中分离出了一些化合物，并成功在构巢曲霉上进行了测试——它们还引发了真菌中原本不会产生的化学物质的产生。“因此，我们怀疑我们可能已经找到了微生物通讯的一般机制，”该研究的另一位作者卢卡斯·泽纳(Lukas Zehner)说。

事实上，研究小组在土壤样本中发现了大量真菌，这些真菌在伊朗链霉菌存在的情况下形成了在其他情况下不会形成的物质。如果研究人员关闭相应的精酮化合物生物合成基因，这种效应就不会发生。

先前的研究表明精酮化合物具有多种活性，例如，它们导致真菌和绿藻进入共生关系，另一种真菌改变其形状，细菌响应这些物质形成生物膜。

研究负责人布拉哈格说：“我们现在正试图了解精氨酸酮化合物生产本身以及真菌产生的物质对微生物群落组成的影响。” 例如，构巢曲霉产生的一种物质可以抑制植物病原真菌。精酮化合物对藻类和真菌的影响也可能促进了地衣和多细胞生物的进化。

“阐明这种相互作用可以帮助我们了解微生物群落的结构以及它们如何帮助预防植物病害。此外，当我们研究微生物的共存而不是仅仅观察孤立的生物体时，我们发现了全新的物质，”布拉哈格解释说。

该研究得到了德国研究基金会(作为微宇宙卓越集群平衡、FungiNet (Transregio) 和 ChemBioSys 合作研究中心的一部分)以及莱布尼茨协会(作为莱布尼茨竞赛的一部分)的支持。

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