可诱导赖氨酸脱羧酶LdcI的丝状聚合驱动外周簇形成是大肠杆菌酸应激响应的关键机制

本研究针对肠道细菌在酸性环境中生存的关键机制，揭示了可诱导赖氨酸脱羧酶LdcI通过pH依赖性丝状聚合（filamentation）形成外周簇的空间优化策略。法国艾克斯-马赛大学和格勒诺布尔阿尔卑斯大学的研究团队结合3D超分辨显微技术（dSTORM）和聚合物缺陷突变体，首次证实LdcI的丝状组装能显著增强其缓冲胞内外pH的能力，为理解代谢酶自组装在细菌应激适应中的功能意义提供了直接证据。该成果发表于《Communications Biology》。

　　

在充满挑战的微生物世界中，酸性环境如同无形的利刃，威胁着细菌的生存。从土壤到人类胃肠道，从牙菌斑到巨噬细胞的吞噬体，中性菌如大肠杆菌（Escherichia coli）必须发展出精妙的防御策略。其中，赖氨酸脱羧酶系统（cad系统）作为"分子盾牌"，通过消耗质子、产生碱性多胺类物质来中和酸性攻击。然而，这个看似经典的生化通路隐藏着未解之谜：为何这种可溶性酶会在酸应激时形成神秘的细胞内斑块？这些斑块是随机聚集的蛋白质团，还是具有精确功能的超分子机器？

法国艾克斯-马赛大学（Aix-Marseille Université）和格勒诺布尔阿尔卑斯大学（Université Grenoble Alpes）的Moritz A. Kirchner、Irina Gutsche等研究者揭开了这一谜题。他们发现，在pH低于6的酸性条件下，五重对称（D₅-symmetric）的LdcI十聚体会像积木般堆叠成丝状聚合物（filament）。这种丝状化驱动的外周簇形成，正是大肠杆菌高效应对酸应激的"秘密武器"。相关成果发表在《Communications Biology》上。

研究团队运用三项关键技术：1）染色体工程构建聚合物缺陷型三重突变体（E445A-D447A-R468E）；2）基于单分子定位的3D随机光学重构显微技术（3D dSTORM）实现纳米级空间分辨；3）开发半自动化的FOCAL3D聚类分析流程定量表征酶簇分布。这些方法共同揭示了LdcI在活细胞中的精确行为。

异质性表达与成像挑战

酸应激下LdcI的表达呈现显著异质性，部分细胞几乎不表达（"暗细胞"），而高表达细胞的信号密度又超出常规检测范围。研究人员建立了新型分析流程，成功从71个野生型（WT）细胞中识别出353个LdcI簇，其中64%位于细胞外周区。

丝状聚合的生理意义

通过比较WT与聚合物缺陷突变体（3M）发现：突变体虽保留外周定位倾向（68%簇位于边缘），但簇体积缩小2.6倍（WT平均0.01254 μm³ vs 3M 0.00481 μm³）。更重要的是，3M菌株在pH 4.6应激3小时后，培养液pH仅回升至6.2（WT达6.9），且生长显著受限，证明丝状化直接影响酶的缓冲效能。

空间优化的酶活性调控

研究指出LdcI可能通过与内膜微区（如心磷脂富集域）或呼吸链复合体I的共定位实现功能协同。这种"酶工厂"式的空间组织，既能利用局部高质子浓度，又能通过丝状化提升催化效率，形成双管齐下的酸中和策略。

该研究首次将LdcI的体外聚合特性与体内功能直接关联，为理解代谢酶自组装在细菌环境适应中的作用树立了新范式。更广泛地看，这项工作暗示微生物可能通过"酶相变"动态调节代谢通量，这一发现对开发新型抗菌策略、优化工业菌株的酸耐受性具有重要启示。