南京大学,最新Nature Microbiology!
全氟和多氟烷基物质（PFASs）作为“永久化学物质”，具有疏水疏油、耐高温等特性，广泛应用于各类消费品和工业生产中，已成为全球性环境污染物。这类物质难以降解，在北极冰芯、雨水及人体血液中均有检出，部分同系物还可能危害人体健康。多氟烷基前体物质在环境中易转化为更难降解、监管更严格的全氟烷基酸（PFAAs），但微生物介导的这一转化过程往往不符合化学计量关系，其原因与PFASs和微生物的相互作用尚不明确有关。目前已知PFAAs可分配到脂质双层中影响膜结构与功能，人体肠道细菌也能积累PFAAs，但细菌与PFASs前体的相互作用仍缺乏深入研究，这为探索PFASs的环境归趋和生物转化机制留下了关键空白。美国田纳西州公立大学Frank E. Löffler教授、南京大学谢永超副教授研究团队以土壤细菌假单胞菌属菌株273为核心研究对象，发现细菌能将n:3氟调聚羧酸（FTCAs）共价结合到磷脂酰乙醇胺（PE）和磷脂酰甘油（PG）等细胞膜主要成分中，形成含氟膜结构。他们通过脂质组学分析证实，该菌株在7:3FTCA或8:3FTCA存在下，7%-12%的甘油磷脂池会整合多氟酰基链，且这一现象在其他假单胞菌属物种、大肠杆菌、粪肠球菌等多种细菌中均存在（仅结合比例较低）。研究进一步验证了n:3FTCAs的结合具有浓度广泛性（0.15nM至20µM）和链长选择性，还通过蛋白质组学推测FadD酰基辅酶A合成酶与PlsB/PlsC酰基转移酶参与了这一共价结合过程。此外，团队证实PFASs前体生物转化产生的n:3FTCA中间体可被细菌整合，明确细菌是环境中潜在的PFASs汇，为解析PFASs的环境命运提供了全新视角。相关内容以“Bacteria covalently incorporate polyfluoroalkyl carboxylates into membrane lipids”为题发表在《Nature Microbiology》。图1：假单胞菌属菌株273在8:3FTCA存在下生长时代表性PE的分子结构及8:3FTCA替代单/双脂肪酸酰链的PE物种鉴定该图展示了菌株273中三种PE物种的分子结构、特征离子碎片及串联质谱图，包括未结合FTCA的PE(16:0_18:1)、结合单条8:3FTCA链的PE(8:3FTCA_18:1)和结合两条8:3FTCA链的PE(8:3FTCA_8:3FTCA)，通过特征离子峰验证了8:3FTCA与PE的共价结合，为后续脂质组学分析奠定了结构基础。图2：不同浓度下8:3FTCA在菌株273脂质中的结合情况该图揭示了8:3FTCA浓度与菌株273脂质结合的关系：a图显示PFAS化磷脂的信号强度随8:3FTCA浓度升高呈非线性增加，在超过5µM后趋于平稳；b图证实即使在5nM（环境相关浓度）的低浓度下，仍能检测到PFAS化PG物种，表明该结合过程可在自然环境浓度范围内发生，且不会影响细菌生长。图3：不同细菌物种在8:3FTCA存在下生长时PFAS化PE和PG甘油磷脂物种的相对丰度通过定量分析展示了8:3FTCA在多种细菌中的共价结合差异：假单胞菌属菌株273的结合比例最高（7.5%±1.6%），其PFAS化PG和PE物种以PG(27:0)-F₁₇、PG(29:1)-F₁₇等为主；其他细菌（如假单胞菌GB-1、大肠杆菌、粪肠球菌）也能合成PFAS化磷脂，但丰度较低，证实细菌对n:3FTCA的共价结合是不同类群共有的特性，而非菌株273特有。图4：假单胞菌属菌株273中含不同碳链长度FTCAs替代单脂肪酸链的代表性PE结构及10:2FTCA培养物中PE(9:3FTCA_18:1)的鉴定该图验证了不同链长n:3FTCAs（5:3、7:3、10:2FTCA）与PE的共价结合，通过串联质谱图确认了对应PFAS化PE的特征离子碎片；同时发现10:2FTCA会先被菌株273转化为9:3FTCA，再整合到磷脂中，表明细菌对FTCAs的结合存在链长偏好，且部分FTCAs需经生物转化后才能结合。本研究首次发现细菌可将n:3FTCA类PFASs前体中间体共价整合到细胞膜甘油磷脂中，形成含氟膜结构，这一过程在多种细菌中普遍存在，且能在环境相关浓度下发生。研究明确了该结合过程的链长选择性、浓度依赖性及潜在酶学机制，证实细菌是环境中PFASs的潜在汇，为解释PFASs前体生物转化的非化学计量关系提供了关键答案。这一发现不仅拓展了对PFASs-微生物相互作用的认知，还为理解PFASs的环境归趋、迁移转化及污染场地修复提供了全新视角，同时为探索PFASs在生物体内的积累与毒性机制奠定了基础。
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https://www.nature.com/articles/s41564-026-02301-x来源：BioMed科技声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
