芳香族化合物是一类环境分布广、水溶性差、生物代谢难的典型有机碳源。如何有效利用广泛分布的芳香族化合物对微生物生存至关重要。群体感应（Quorum sensing）是一种细菌的信息交流方式。细菌能合成并释放一种被称为自诱导物的信号分子，其浓度能随细菌密度的增加而增加。当达到一个临界浓度时，自诱导物能激活基因转录调控因子，进而启动相关基因的表达，由此调控细菌群体水平的众多生物学行为。余志良教授团队前期发现，革兰氏阴性细菌Croceicoccus naphthovorans PQ-2中酰基高丝氨酸内酯（Acyl-homoserine lactones，AHLs）为信号分子的群体感应系统正调控以菲为代表的芳香族化合物代谢基因簇的表达和菲的利用（图1）（Yu et al. Int J Mol Sci, 2020）。有鉴于信号分子AHLs的合成需要脂肪酸合成代谢来提供前体，我们不禁要问：脂肪酸代谢是否通过影响群体感应系统调控芳香族化合物类碳源的利用？

为此，团队研究发现，脂肪酸代谢全局调控因子FadR缺失导致芳香族化合物代谢基因簇表达、关键代谢酶活性和菲利用明显下降（图2）。进一步研究发现，FadR缺失导致AHLs合成减少，而脂肪酸合成代谢的强化和外源脂肪酸的添加均可以补偿FadR缺失株中AHLs的产量（图3）。有意思的是，AHLs合成的强化和外源AHLs的添加均可以补偿FadR缺失株的菲利用能力（图4）。特别的是，环境中的芳香族化合物菲能显著诱导fadR基因的表达（图5）。综上可知，当环境中存在芳香族化合物类碳源时，以C. naphthovorans PQ-2为代表的细菌通过上调脂肪酸代谢全局调控因子FadR的表达来促进脂肪酸合成代谢，进而增强AHLs合成前体的供给和群体感应系统，由此上调芳香族化合物代谢基因簇的表达和促进芳香族化合物的利用（图6）。

该研究既有助于认识微生物逆境适应与高效的新机制，还能为廉价芳香族化合物类碳源开发利用提供新思路。

图1 AHLs 依赖型群体感应系统正调控以菲为代表的芳香族化合物代谢基因簇表达和菲利用的示意图

图2 FadR 正调控芳香族化合物代谢基因簇表达和关键代谢酶活性及菲利用

图3 FadR 和脂肪酸合成代谢正调控群体感应信号分子 AHLs 的合成

图4 AHLs 合成的强化和外源 AHLs 的添加补偿 FadR 缺失株的菲利用能力

图5 外源芳香族化合物菲诱导脂肪酸代谢全局调控因子 FadR 的表达

图6 脂肪酸合成代谢调控芳香族化合物类碳源代谢的模式图

相关研究成果以“A FadR-type regulator activates the biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons by mediating quorum sensing in Croceicoccus naphthovorans PQ-2”为题，于2023年4月发表于微生物学领域知名期刊《Applied and Environmental Microbiology》。9297威尼斯澳门校聘副教授孟秋为论文第一作者，余志良教授为论文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划（2021YFA0909500）、浙江省自然科学基金（LY20C010002和LQ22C010004）以及浙江省教育厅科研项目（Y202147033）的支持。

图7 论文信息