对静水压的适应调节了腐蚀性硫酸盐还原细菌中的蛋白质组动态

《Microbiology Spectrum》：Adaptation to hydrostatic pressure modulates proteome dynamics in corrosive sulfate-reducing bacteria

微生物腐蚀（MIC）对深海金属结构安全构成威胁。本研究通过质谱分析发现，高压适应菌Pseudodesulfovibrio profundus在30MPa时腐蚀率最高（0.0079mm/year），而对照组非高压菌Desulfovibrio ferrophilus腐蚀率下降至0.008mm/year。蛋白质组学揭示两者在高压下呈现相反的代谢响应：Pseudodesulfovibrio上调信号传导和能量代谢相关蛋白，强化生物膜形成能力；Desulfovibrio则因压力抑制代谢通路，导致腐蚀能力下降。研究证实高压环境通过改变微生物代谢策略调控腐蚀机制，为深海工程材料防护提供新理论依据。

　　微生物影响腐蚀（MIC）是工业领域金属结构面临的重要挑战之一，其危害性不仅导致巨大的经济损失，还可能引发环境问题。随着人类对深海和偏远地区的探索不断加深，了解微生物在高压环境下的腐蚀行为变得愈发重要。深海环境以高压、黑暗、营养匮乏和低温为特征，但这些环境却孕育了多样化的微生物群落，其中包括耐压微生物——嗜压菌。这些微生物在极端条件下展现出独特的结构和代谢适应能力，使得它们能够在深海中生存并发挥生物活动。本研究通过蛋白质组学方法，探讨了两种具有不同压力适应特性的硫酸盐还原菌（SRB）在不同深度下的生理状态和腐蚀潜力，揭示了它们在高压环境下的不同适应机制和腐蚀行为。

### 微生物适应与腐蚀潜力的复杂关系

MIC过程受到微生物生理状态、代谢活动和环境条件的共同影响。在深海等极端环境中，微生物必须通过特定的适应策略来维持其代谢活动和生物膜形成，从而对金属结构产生腐蚀作用。研究中选取了两种SRB，一种是嗜压菌 *Pseudodesulfovibrio profundus* 500-1，该菌种从日本海深海沉积物中分离出来；另一种是非嗜压菌 *Desulfovibrio ferrophilus* IS5，它常用于MIC研究。通过模拟从海面到3000米深度的环境，研究者观察到了这两种菌在不同压力条件下的显著差异。

在0.1 MPa的浅水条件下，*D. ferrophilus* 的腐蚀速率较高，但随着压力的增加，其腐蚀能力显著下降。而在30 MPa的高压条件下，*P. profundus* 的腐蚀速率反而升高，显示出其在高压环境下的更强适应性和更高的腐蚀潜力。这种相反的趋势表明，不同微生物在高压条件下的适应策略和代谢活动对MIC的影响具有显著的物种特异性。

### 蛋白质组学揭示微生物适应机制

研究者通过液相色谱-质谱联用技术（LC-MS/MS）对两种SRB在不同压力条件下的蛋白质组进行了分析，以揭示其适应机制和腐蚀能力的变化。结果显示，两种菌在生物膜和游离细胞状态下的蛋白质表达存在显著差异。在*P. profundus* 中，生物膜中的蛋白质表达在高压条件下表现出显著的上调趋势，这可能与其在高压环境下的代谢增强和生物膜形成有关。而*P. profundus* 的游离细胞则表现出更高的代谢活性，特别是在能量代谢和细胞壁合成相关蛋白质方面。

相比之下，*D. ferrophilus* 在高压条件下的蛋白质表达则出现了显著的下调，尤其是在能量代谢和氨基酸合成相关蛋白。这种变化可能与其在高压环境下的代谢抑制和生物膜形成受限有关。研究还发现，两种菌的蛋白质表达模式在生物膜和游离细胞中存在显著差异，其中生物膜中的蛋白质更倾向于参与信号转导和细胞结构维护，而游离细胞中的蛋白质则更多与能量代谢和代谢产物生成相关。

### 生物膜的形成与腐蚀机制

生物膜的形成在MIC过程中起着至关重要的作用。生物膜由微生物细胞和外源性胞外聚合物（EPS）组成，EPS占生物膜总体积的90%以上，对微生物的生存和腐蚀活动提供了额外的保护。研究中发现，*P. profundus* 在高压条件下生物膜的形成被削弱，导致其腐蚀能力的下降。而*P. profundus* 在高压下却表现出更强的代谢活性，这可能与其在生物膜中的代谢途径受到抑制有关。在生物膜中，一些关键的硫酸盐还原相关蛋白质如Sat、Apr、DsvAB和DsvC表现出显著的下调，表明其在生物膜中可能处于较低的代谢状态，这与其在高压下的腐蚀能力增强形成矛盾。

研究还发现，*D. ferrophilus* 在高压条件下的生物膜中表现出更高的代谢活性，尤其是在能量代谢和铁结合蛋白方面。这可能与其在高压下通过生物膜直接利用金属表面释放的电子有关，从而驱动强烈的电化学MIC（EMIC）过程。然而，随着压力的进一步增加，其代谢活动受到抑制，导致腐蚀能力显著下降。这一结果表明，高压条件对不同微生物的腐蚀能力具有显著的抑制作用，但其作用机制因菌种而异。

### 环境条件与微生物适应策略的相互作用

研究进一步探讨了环境条件对微生物适应策略的影响。通过比较不同压力条件下的蛋白质表达模式，研究者发现，*P. profundus* 在高压下表现出更强的代谢活性，这可能与其在生物膜中的适应性有关。而*P. profundus* 在高压下的生物膜形成能力减弱，这可能与其在生物膜中的代谢途径受到抑制有关。此外，研究还发现，某些蛋白质在不同压力条件下表现出显著的上调或下调，这些蛋白质可能在压力适应过程中发挥关键作用。

研究还强调了生物膜在MIC中的重要性。生物膜不仅能够促进微生物的附着和代谢活动，还能通过EPS的保护作用，提高微生物在极端环境下的生存能力。然而，生物膜的形成在高压条件下受到限制，这可能与微生物的生理适应有关。此外，研究还发现，某些压力适应相关蛋白质在不同压力条件下表现出不同的表达模式，这些蛋白质可能在压力适应过程中起到关键作用。

### 结论与未来研究方向

本研究揭示了两种SRB在不同压力条件下的代谢适应和腐蚀能力的差异。*P. profundus* 在高压下表现出更强的代谢活性和更高的腐蚀能力，而*D. ferrophilus* 在高压下则表现出代谢抑制和腐蚀能力下降。这些结果表明，不同微生物在高压条件下的适应策略和腐蚀机制存在显著差异，这可能与它们的生理特性和代谢途径有关。此外，研究还发现，某些压力适应相关蛋白质在不同压力条件下表现出不同的表达模式，这些蛋白质可能在压力适应过程中发挥关键作用。

研究进一步强调了生物膜在MIC中的重要性，指出生物膜的形成和代谢活动是影响微生物腐蚀能力的关键因素。然而，高压条件对生物膜的形成和代谢活动具有显著的抑制作用，这可能与微生物的生理适应有关。因此，了解微生物在高压条件下的适应机制和代谢途径，对于准确预测和评估深海等极端环境下的MIC风险具有重要意义。未来的研究需要进一步探讨压力适应相关蛋白质的功能和作用机制，以更好地理解微生物在极端环境下的适应策略和腐蚀行为。