研究表明，古菌细胞膜结构调节鞭毛的形成和运动现象

近日，南方科技大学海洋科学与工程系副教授曾芝瑞团队与合作伙伴在《美国国家科学院院刊》上发表了最新研究。研究结果系统分析了嗜热古菌膜脂甘油二烷基甘油四醚环化装饰对膜蛋白功能和细胞运动的调节机制，揭示了古菌通过动态调节膜脂结构来适应极端环境的分子策略。

古代细菌是地球上最古老的微生物群体之一，可以在高温、强酸、高盐等极端环境中繁殖。其细胞膜由独特的醚键脂质组成，其中甘油二烷基甘油四醚是嗜热古代细菌的主要细胞膜脂成分。甘油二烷基甘油四醚分子可以通过环化装饰调节膜的刚度和流动性，但其生理功能和膜蛋白的调节机制还有待深入研究。

曾芝瑞团队结合遗传学、蛋白质组学和代谢通道分析，发现改变古菌细胞膜结构可以抑制细胞鞭毛的形成，显著降低细胞运动能力。进一步研究发现，膜脂环化通过调节跨膜蛋白ArnR/R1的切割和稳定性，进而影响鞭毛基因转录因子的活性，进而调节鞭毛组装相关基因的表达。

同时，研究表明，虽然呼吸链复合物SoxABCD的表达明显抑制了膜脂环化水平的下降，但推动了SoxEFGHIM非常复合体的组装，间接表明膜脂装饰可以通过重构能量消耗网络来适应环境压力。最终，膜脂环化酶和鞭毛的形成普遍存在于嗜热的古代细菌中，这表明微生物通过调节膜脂结构影响鞭毛等膜蛋白活性具有一定的普遍性。

这项研究首次建立了古菌膜脂装饰与细胞运动能力的直接关系，揭示了膜脂动态重塑在极端环境适应中的核心作用。

研究人员指出，甘油二烷基甘油四醚环化不仅是古代细菌应对温度变化的物理屏障，也是通过信号转导网络精细调节细胞功能的“分子开关”。这一发现为解析古代细菌膜脂功能的多样性提供了新的视角，为极端环境下微生物资源的开发和合成生物学中的人工膜设计提供了理论依据，促进了地球早期生命进化的研究。