近日，国际生物学期刊mBio报道了中国科学院海洋研究所孙超岷课题组关于深海难培养微生物-软壁菌门（Tenericutes）细菌代谢核酸和耐压新机制的研究成果。该成果首次发现软壁菌和噬菌体（病毒）形成共生关系，并借助噬菌体的协助降解和利用核酸获得能量，为了解深海软壁菌的特殊能量代谢机制及其与病毒的互作关系提供了新的见解。 

　　软壁菌门细菌无细胞壁，在深海多个生境（冷泉、热液、深渊、海山等）都有分布。研究表明，软壁菌由厚壁菌门细菌退化细胞壁而形成，基因组长度远小于厚壁菌门及其它细菌，生命过程独特，是一类典型的难培养微生物。孙超岷课题组于2021年获得了首株深海软壁菌门细菌纯培养，以《山海经》中一种非鱼非猪的神兽——Xian父鱼对其进行了命名（即Xianfuyuplasma），并发现该菌通过降解DNA参与能量合成的独特生命过程（ISME J, 2021）。 随后，研究人员又获得了一株新的软壁菌纯培养菌株，并以《山海经》中一种鱼身蛇尾形的神兽——虎蛟命名（即Hujiaoplasma），该菌株是软壁菌中一个新科的首个纯培养代表菌株。

　　进一步结合实验室和深海原位实验（由“科学”号主导完成）研究结果，科研人员发现Hujiaoplasma菌株能有效降解DNA和RNA，并从中获取支撑生长所需的能量。尤其令人吃惊的是，Hujiaoplasma菌株与一类病毒形成了共生关系，该病毒编码了多个核酸外切酶、内脱氧核糖核酸酶和核酸水解酶，进而协助其宿主Hujiaoplasma菌株降解DNA和RNA。科研人员又提取了该病毒在　　　　另一株海洋细菌中验证了其辅助宿主代谢核酸的能力，进一步证实了此类病毒与宿主的互惠共生关系。Hujiaoplasma菌株基因组大小仅有1.8 Mb，缺乏用于三羧酸循环及其它常见能量代谢通路的基因。因此，通过与病毒形成共生关系并利用病毒的辅助代谢功能降解利用核酸获得能量，可以有效解决基因组退化引发的能量代谢通路匮乏的难题；而病毒为从宿主中获得复制生长的原料和环境，其成熟后释放到宿主胞外过程不裂解宿主细胞，是一种典型的互惠共生关系，极有可能代表了软壁菌中一种未被发现的独特生命过程。

Hujiaoplasma菌株降解及利用DNA和RNA通路图

Hujiaoplasma菌株耐受高静水压机制

　　此外，考虑到深海高静水压的特点，科研人员又通过模拟深海高压环境培养Hujiaoplasma菌株的手段，研究了该菌株的耐压机制。研究结果发现，该菌株通过两种策略应对深海高压环境，即通过向细胞内输送阳离子，增加细胞内渗透压，应对细胞外高静水压；通过调节细胞膜磷脂中的不饱和脂肪酸链含量，增加细胞膜流动性，应对高压对细胞结构造成的胁迫。研究还发现Hujiaoplasma菌株有完善的CRISPR系统，以应对深海中各种病毒的侵染，可能蕴含着新型的病毒防御机制；该菌株培养液中高活力的核酸降解酶对铜绿假单胞菌生物膜的形成有良好的抑制能力，有望用于研发新型深海抗腐蚀材料。 

　　中国科学院实验海洋生物学重点实验室郑日宽博士为第一作者，孙超岷研究员为通讯作者。研究得到了国家基金委重大研究计划、创新群体及山东省“十四五”重大项目联合资助。 

　　相关论文： 

　　Rikuan Zheng, Chong Wang, Ruining Cai, Yeqi Shan, Chaomin Sun^*. Mechanisms of nucleic acid degradation and high hydrostatic pressure tolerance of a novel deep-sea wall-less bacterium. mBio, 2023, Doi: 10.1128/mbio. 00958-23. 

　　论文链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/mbio.00958-23