编辑推荐：
原核生物趋化性研究成果分散，理解碎片化。研究人员分析 341 篇文献构建数据库，发现不同化学类别引发趋化性不同等结果。该研究为理解原核生物行为提供统一视角，助力微生物群落研究。
在微观世界里，微生物的生存环境充满了各种化学信号。原核生物（如细菌和古菌）能够通过趋化作用，依据这些化学信号来调整自身运动方向，寻找营养物质、适宜生存环境，或者躲避有害物质 。这一过程不仅关乎微生物个体的生存，还对生态系统的稳定和功能起着关键作用，比如影响生物地球化学循环、物种间的相互作用等。
然而，过去 60 多年间，虽然针对原核生物趋化性的研究众多，但这些研究成果分散在数百篇文献中，缺乏系统性整合。这使得人们对影响原核生物行为的分子机制理解十分碎片化，无法形成统一的认知。为了填补这一知识空白，来自澳大利亚悉尼科技大学气候变化研究集群（Climate Change Cluster, University of Technology Sydney）、纽约大学阿布扎比分校海洋微生物组实验室（Marine Microbiomics Lab, Biology Program, New York University Abu Dhabi）等机构的研究人员 Maéva Brunet、Shady A. Amin 等人开展了一项全面的研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员采用的主要技术方法包括：一是文献检索与数据库构建，通过在 Google Scholar 中使用 “chemotaxis assays bacteria” 和 “chemotaxis assays archaea” 等检索词进行全面文献检索，筛选出 341 篇符合要求的文献，构建了包含 926 种化合物对原核生物趋化效应的数据库；二是化学极性评估，运用 Gaussian 09 软件和 MarvinSketch 软件计算 70 种常见化合物的极性相关参数；三是统计分析，利用 R 统计软件及相关包进行统计检验和相关性分析。
下面来看具体的研究结果：
- 趋化性检测方法概述：在收集的 341 项研究中，72% 的研究采用了定量趋化性检测方法，其中毛细管法最为常用（占所有研究的 63%）。不过，77% 的研究仅关注吸引作用。
- 趋化吸引剂的特征：研究共鉴定出 806 种被测试为潜在吸引剂的化合物，包括 733 种有机化合物和 73 种无机化合物 。有机化合物涵盖多个超类，其中有机酸、有机氧化合物和苯类化合物居多。从分子重量来看，83% 的测试化合物为低分子量（<300 g/mol），但部分中高分子量化合物也能吸引至少一种菌株。此外，化学极性可能影响对氨基酸的趋化性，不同化学类别吸引原核生物的能力存在差异，如氨基酸和苯类化合物的吸引能力强于碳水化合物。同时，光学异构体会影响趋化反应，例如多数细菌对 L - 氨基酸有偏好，而对 D - 氨基酸反应较弱或无反应，但也有例外，如天冬氨酸。而且，约三分之一的吸引剂并非用于生长，仅作为信号分子。
- 对趋化剂有反应的原核生物：研究涉及 384 种以上的运动性原核生物菌株，其中 γ - 变形菌纲（Gammaproteobacteria）的菌株最多。这些菌株最初分离自不同环境，陆地菌株对更多化合物表现出趋化性。不同生物群落来源的菌株对各类化合物的趋化反应存在差异，如陆地菌株对有机酸，尤其是氨基酸的反应更为强烈。
- 趋化排斥作用的影响：相较于趋化吸引作用，趋化排斥作用的研究相对较少。研究检测了 421 种化合物的排斥效果，发现低分子量化合物占测试排斥剂的 88%，但中高分子量化合物在趋化排斥中可能也起着重要作用。苯类化合物中的苯甲酸、硝基酚等常被鉴定为强效排斥剂，且排斥剂引发趋化反应的浓度阈值平均比吸引剂高 10 倍 。多数排斥剂对目标菌株有害，但也有部分可能仅作为化学信号。
- 趋氧性（Aerotaxis）：研究发现趋氧性在原核生物中广泛存在，部分菌株会向适宜的氧浓度迁移，而避开不适宜的氧浓度。
研究结论和讨论部分指出，该研究构建的趋化效应物数据库，整合了 60 年的研究成果，为理解原核生物趋化行为提供了统一视角 。研究揭示了不同化学类别、结构以及生物群落来源对原核生物趋化行为的影响，同时也发现了当前研究存在的一些重要知识空白。例如，对大分子（如碳水化合物或蛋白质）的趋化性研究不足；对趋化排斥作用的理解有限，且主要集中在肠道生物群落；对古菌趋化行为的研究较少；对非变形菌门细菌的趋化行为关注不足；以及目前研究多聚焦于单一化合物，缺乏对环境中复杂化学混合物的研究。
这项研究的意义重大，它为后续研究指明了方向，有助于深入探究原核生物趋化行为的分子机制，以及微生物在生态系统中的功能。同时，该研究成果也为微生物群落的调控和应用提供了理论基础，例如在生物修复、农业生产等领域具有潜在的应用价值。
