微生物的趨化性指的是細菌對環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)表現(xiàn)出的趨近或者遠離的行為。對營養(yǎng)物質(zhì)的趨近或者對有害物質(zhì)的遠離，賦予了細菌主動占據(jù)有利環(huán)境的能力，從而增加了其生存優(yōu)勢。甲基受體趨化蛋白（methyl-accepting chemotaxis protein, MCP）是微生物細胞感應(yīng)外界環(huán)境中化學(xué)信號的關(guān)鍵蛋白之一，MCP通常穿越細胞膜，一部分位于細胞周質(zhì)(periplasma)中，另一部分位于細胞質(zhì)內(nèi)，其位于細胞周質(zhì)的部分能夠感應(yīng)外界化學(xué)信號，進而調(diào)節(jié)其下游雙組份信號系統(tǒng)的活性，最終改變細菌鞭毛的旋轉(zhuǎn)方向，細胞最終表現(xiàn)為趨近或者遠離的趨化行為。
芳香化合物在環(huán)境中廣泛存在，例如工農(nóng)業(yè)排放的廢棄物、植物根系分泌物等，微生物能夠使它們作為碳源生長，而且很多細菌如假單胞菌、伯克氏菌和根瘤菌等都具有對芳香化合物趨化的能力。之前的研究表明，細菌可以通過MCP感知小分子化合物例如三羧酸循環(huán)過程中的有機酸化合物，間接感應(yīng)芳香類化合物濃度水平，并最終實現(xiàn)對芳香化合物的趨化(Ni et al. 2013, Mol Microbiol 90: 813-823)。除此之外，根據(jù)長期的實驗觀察和分析，科學(xué)家推測細菌也能夠直接感應(yīng)環(huán)境中的芳香化合物，但是直接結(jié)合芳香化合物并激活趨化信號通路的MCP卻一直沒有發(fā)現(xiàn)和報道。
睪丸酮叢毛單胞菌（Comamonas testosteroni）CNB-1能夠降解多種芳環(huán)類污染物，并能夠與植物聯(lián)合修復(fù)受氯代硝基苯污染的土壤，同時對環(huán)境中的多種芳香化合物也具有趨化能力。中國科學(xué)院微生物研究所劉雙江研究組以CNB-1為研究對象，開展微生物對芳香化合物趨化的研究工作，在前期工作的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了一個能夠直接和2,6-二羥基苯甲酸、2-羥基苯甲酸等芳香化合物結(jié)合的甲基受體趨化蛋白，命名為MCP2901，進一步利用Nanodisc技術(shù)重構(gòu)了體外趨化信號傳導(dǎo)系統(tǒng)，證明了MCP2901能夠激活下游信號傳導(dǎo)系統(tǒng)。MCP2901是報道的能夠直接結(jié)合芳香化合物的第一個甲基受體趨化蛋白，該發(fā)現(xiàn)為深入理解CNB-1在植物根際行為、設(shè)計智慧環(huán)境微生物技術(shù)提供了基礎(chǔ)，為研制檢測芳香化合物的生物傳感器提供了新的生物材料。
該課題得到國家自然科學(xué)基金的支持，相關(guān)研究成果已經(jīng)在線發(fā)表在Molecular Microbiology上。
圖注：微生物能夠感應(yīng)環(huán)境中的芳香化合物，具有趨化能力。利用微生物對芳環(huán)類污染物的趨化特性，可以設(shè)計主動尋找污染物的智能微生物，開發(fā)智慧環(huán)境微生物技術(shù)。
