细胞质 Mg2+“逆袭”！改写沙门氏菌碳源偏好，重塑代谢密码

为探究细菌在不同环境下碳源偏好差异的原因，研究人员开展了关于鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella enterica serovar Typhimurium ）的研究。发现细胞质 Mg2+饥饿会改变其碳源偏好，降低 CRP-cAMP 活性。该研究解释了细菌自然与实验室行为差异。

　　碳源偏好对细菌的代谢和生理至关重要。在富含 Mg²⁺的实验室培养基中生长时，大多数微生物优先利用葡萄糖而非其他碳源。然而，像鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella enterica serovar Typhimurium）这样的病原体，在感染哺乳动物细胞期间会经历细胞质 Mg²⁺饥饿，这使得它们优先选择葡萄糖以外的碳源。这种偏好的改变源于细胞质 Mg²⁺饥饿减少了碳利用的主要调节因子 —— 环磷酸腺苷（cAMP）受体蛋白（CRP）与其变构激活剂 cAMP 的结合量，以及碳水化合物利用基因对 CRP-cAMP 量减少的不同敏感性。我们的研究结果解释了为什么细菌在自然环境中的行为与在实验室培养基中报告的行为不一致。

葡萄糖是大多数研究微生物的首选碳源。然而，现在有研究报告称，当细胞内病原体鼠伤寒沙门氏菌经历细胞质镁（Mg²⁺）饥饿时，葡萄糖会失去其首选地位。研究证实，这种与感染相关的压力会大幅减少环磷酸腺苷（cAMP，CRP 的变构激活剂）的合成，而 CRP 是碳利用的主要调节因子。由此导致的 cAMP 浓度降低（与碳源无关），会减少 CRP-cAMP 激活的碳利用基因的转录，阻碍碳源摄取，并限制代谢，使野生型细菌在表型上表现为 CRP^? 。CRP 的一种不依赖 cAMP 的等位基因克服了细胞质 Mg²⁺饥饿导致的转录、摄取和代谢限制，并且在鼠伤寒沙门氏菌处于小鼠巨噬细胞内时，显著增加了葡萄糖摄取基因的转录。鼠伤寒沙门氏菌在巨噬细胞内对葡萄糖的偏好降低，这反映出葡萄糖摄取基因的转录比其他优先碳源（如葡萄糖酸盐和甘油）的摄取基因转录需要更多的活性 CRP-cAMP。通过降低 CRP-cAMP 活性，低细胞质 Mg²⁺改变了碳源偏好，进而调整了代谢和生长。