多组学解析嗜盐碱热菌Natranaerobius thermophilus对高盐-碱性-高温三重极端环境的协同适应机制

为解决极端环境微生物适应机制难题，中国农业科学院团队通过多组学技术揭示嗜盐碱热菌N. thermophilus在4M Na+/pH9.8/52°C条件下的生存策略，发现其通过膜脂重构、Na+驱动鞭毛运动、相容性溶质积累等协同机制应对三重胁迫，为生命极限研究提供新见解。成果发表于《Journal of Proteomics》。

　　

在探索生命极限的科研征程中，嗜盐碱热菌Natranaerobius thermophilus堪称微生物界的"全能冠军"。这种神奇的微生物能在3.3-3.9M Na⁺（接近饱和盐水）、pH9.5（强碱性）和53°C（高温）的三重极端条件下旺盛生长，其生存能力远超普通极端微生物。然而，这种"三栖"微生物如何在基因、蛋白和代谢层面实现协同适应，一直是困扰科学界的难题。由于该菌株遗传操作困难，传统研究方法难以揭示其适应机制的全貌。

中国农业科学院研究生院的科研团队创新性地采用多组学联用策略，通过比较4M Na⁺/pH9.8/52°C（HSAT）和3M Na⁺/pH8.8/42°C（LSAT）两种条件下的转录组、蛋白质组和代谢组变化，绘制出首个嗜盐碱热菌应对三重极端环境的分子适应图谱。研究采用Illumina高通量测序进行转录组分析，LC-MS/MS进行蛋白质组鉴定，GC-MS和LC-MS联用开展代谢组学研究。

【膜系统重塑】研究发现HSAT条件下菌体显著增加饱和脂肪酸含量（如C16:0和C18:0），同时提升不带电极性脂质比例，这种"双重保险"策略既能维持膜流动性又能增强结构稳定性。【能量代谢重编程】通过上调Na⁺驱动鞭毛运动相关基因（如motA和motB），将Na⁺毒性转化为运动能量，实现"变害为利"。【渗透保护系统】检测到海藻糖、甜菜碱等7种相容性溶质浓度提升2-5倍，形成"分子防护罩"抵御渗透压。【氨基酸代谢调整】天冬氨酸和谷氨酸代谢通路活性增强，为TCA循环提供更多α-酮戊二酸，解决高温下能量供应难题。【分子伴侣网络】热休克蛋白（HSP60/70）与盐应激蛋白（SSP）协同表达，构建"双重防护网"应对蛋白变性风险。

这项研究首次系统阐释了"无免费午餐"理论在多重极端微生物中的体现——N. thermophilus必须付出更高代谢成本（如能量重分配和膜脂重构）来换取三重极端环境下的生存权。研究成果不仅为极端环境微生物适应机制提供了全新认识，其揭示的Na⁺驱动鞭毛运动等独特机制，可能为开发新型生物能源系统提供灵感。更重要的是，这些发现为探索地球早期极端环境中的生命起源，以及寻找地外生命提供了重要理论依据。该研究发表于蛋白质组学领域权威期刊《Journal of Proteomics》，通讯作者为Baisuo Zhao和Haisheng Wang。