重金屬在深海環境中廣泛存在，深海微生物進化出了成熟且多樣的抵御重金屬脅迫的方式以維持在惡劣環境中的生存和繁殖。加強對深海微生物耐受重金屬的機制研究有利于從新的視角了解其特殊環境適應機制，同時也為發展去除重金屬污染生物制品提供理論依據和候選材料。 

　　9月17日和10月12日，國際微生物學期刊Environmental Microbiology在線連續刊發了題為“Calcium protects bacteria against cadmium stress via reducing nitric oxide production and increasing iron acquisition”及“MerF is a novel regulator of deep-sea Pseudomonas stutzeri flagellum biogenesis and motility”的文章，報道了中國科學院海洋研究所孫超岷研究組關于深海冷泉和海山生境細菌應對重金屬鎘及汞的新機制。

　　其中，一株深海冷泉芽孢桿菌在受到因重金屬鎘存在而產生的大量一氧化氮（NO）活性氧的脅迫時，能夠通過吸收鈣離子促進鐵離子吸收，進而激活NO雙加氧酶活性將NO轉化為NO3-，隨后促進硝酸根還原酶、亞硝酸根還原酶等一系列與氮元素循環相關的關鍵酶活性，最終巧妙地將NO活性氧壓力轉化為氮循環的驅動力，從而有效增強細菌應對鎘脅迫的能力。值得注意的是，添加鈣離子也能同時有效提升細菌耐受其它重金屬如銅、鉻、錳等金屬離子的能力、增加斑馬魚在鎘環境中的存活率，說明鈣離子增強生物抵御重金屬脅迫的能力是普遍存在的。 

　　另外，在研究一株分離自深海海山環境的細菌轉化高毒性汞離子為低毒性單質汞的分子機制過程中，發現該細菌編碼的一個汞離子轉運蛋白MerF的真正功能是調控細菌鞭毛形成和運動能力，這在所有微生物中都是首次發現。研究人員進一步結合分子遺傳、轉錄組和蛋白組及其他生物化學手段，系統揭示了MerF的作用機制是調控細菌鞭毛形成重要因子FliS的表達，直接作用靶點是fliS基因的啟動子。且MerF也能有效提高細菌耐受其它重金屬如鎘、鎳、鈷等金屬離子的能力，顯示其調控功能的普遍性。該研究為了解深海微生物耐受重金屬的關鍵基因的功能演化提供了新的視角和研究材料。 

　　孫超岷研究組近年來圍繞深海微生物耐受重金屬脅迫機制進行了系列研究，在前期研究深海熱液環境微生物耐受鎘脅迫的過程中，發現一株深海熱液細菌能有效代謝半胱氨酸形成硫化氫，進而將環境中高毒性的鎘離子轉化為幾乎無毒性的硫化鎘礦物質，而且還能利用硫化鎘納米顆粒的光吸收特性吸收環境中存在的光能，也是微生物一種非常獨特的抵御并有效利用重金屬脅迫的新型機制（Environmental Microbiology，2020，doi: 10.1111/1462-2920.15205）。綜上可見，不同生境的深海微生物已經進化出了多樣的策略應對，甚至有效利用環境中存在的重金屬危害，相關機制值得進一步深入研究并加以利用，為發展新型生物修復制品提供了新思路。 

　　上述兩篇論文的通訊作者為中科院實驗海洋生物學重點實驗室孫超岷研究員，第一作者分別為碩士研究生吳作棟和博士研究生鄭日寬。相關研究得到了大洋協會“深海生物資源計劃”、中科院戰略先導專項等項目聯合資助。

　　本文涉及的研究論文：

　　(1) Zuodong Wu, Rikuan Zheng, Ge Liu, Rui Liu, Shimei Wu*, Chaomin Sun *. Calcium protects bacteria against cadmium stress via reducing nitric oxide production and increasing iron acquisition. Environmental Microbiology, 2020, doi: 10.1111/1462-2920.15205（https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32815245/）.

　　(2) Rikuan Zheng, Shimei Wu, Chaomin Sun*. MerF is a novel regulator of deep-sea Pseudomonas stutzeri flagellum biogenesis and motility. Environmental Microbiology, 2020, doi: 10.1111/EMI.15275

　　(https://doi.org/10.1111/1462-2920.15275).