酸性pH下混合碳源发酵过程中FhlA转录激活因子在大肠杆菌代谢调控中的作用

本研究揭示了FhlA转录激活因子在大肠杆菌酸性pH（5.5）混合碳源（葡萄糖/甘油/甲酸）发酵中的关键作用。通过比较野生型与fhlA突变株，发现FhlA缺失导致甲酸积累（20 h高10 mM，72 h高8 mM），并证实细菌通过甲酸-乳酸交换和甲酸-乙醇途径调控ΔpH维持生存。该研究为理解微生物酸性环境适应机制及工业发酵优化提供了新见解。

　　

研究背景
微生物在酸性环境中的生存策略一直是生命科学领域的热点问题。作为典型的兼性厌氧菌，大肠杆菌(Escherichia coli)在pH 5.0-5.7的酸性条件下会启动多重抵抗机制，其中甲酸氢裂解酶(Formate Hydrogen Lyase, FHL)系统扮演着关键角色。FHL复合体通过将毒性代谢物甲酸分解为CO₂
和H₂
来维持细胞内pH平衡，而这一过程受FhlA转录激活因子的严格调控。然而，在混合碳源（如葡萄糖、甘油和甲酸）发酵场景下，FhlA如何协调代谢流重编程以应对酸性压力，仍是未解之谜。

研究设计与方法
亚美尼亚教育科学部资助的研究团队在《Biochimie》发表的研究中，采用大肠杆菌BW25113野生型(WT)和Keio库来源的fhlA缺失突变株(JW2701)，在pH 5.5的限定培养基中进行混合碳源(11.1 mM葡萄糖+137 mM甘油+10 mM甲酸钠)分批培养。通过监测生长曲线、测定比生长速率(μ)、气相色谱分析发酵终产物、荧光探针检测ΔpH等技术手段，系统解析了FhlA在代谢调控中的作用。

研究结果
1. 细菌生长特性
fhlA突变株在0-4小时表现出比WT更高的比生长速率(μ=0.35 vs 0.25 h^-1
)，但后期生长停滞。这种"先扬后抑"的模式提示FhlA缺失导致代谢失衡。

2. 甲酸代谢动态
突变株在20小时和72小时的胞外甲酸浓度分别比WT高10 mM和8 mM，证实FhlA通过激活FHL-1/FHL-2复合体促进甲酸分解。

3. pH调控机制
在甘油利用阶段，细菌通过甲酸-乳酸交换维持ΔpH；而甲酸向乙醇的转化途径被鉴定为新的pH_in
调节器。

4. 代谢流重分布
fhlA缺失导致发酵终产物比例改变：乙酸产量降低40%，琥珀酸积累增加2倍，显示FhlA通过调控fdhF(甲酸脱氢酶)和hyc(氢酶-3)基因簇影响碳流向。

结论与意义
该研究首次阐明FhlA在酸性pH混合碳源发酵中的双重角色：既作为FHL复合体的转录开关，又通过调控甲酸代谢网络维持质子动力势(Δp)。发现的"甲酸-乳酸/乙醇"pH缓冲机制为理解微生物极端环境适应提供了新视角。研究成果对优化工业菌株的酸性耐受性、提高生物燃料(H₂
/乙醇)生产效率具有重要指导价值。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献内容；专业术语如FHL-1/FHL-2、ΔpH等均按原文格式保留上标下标；作者名Marine Parsadanyan等保留原始拼写；技术方法描述未涉及具体试剂配比）