缓慢但不可阻挡的进化进程一步一步地，一次又一次地突变，征服了地球上几乎所有可能的环境。即使在那些条件远非“标准”的地方，在那里，生物的存在似乎是不可想象的，生命也找到了出路。这些小小的征服者被称为极端微生物。因此，我们发现了在高温下生存的嗜热生物，适应缺氧或极端酸性条件的生物，适应高压的生物……特别是，我们将重点介绍适应极端盐度的生物:嗜盐细菌和古细菌。关于嗜盐生物的第一个消息是在30年代在死海发现的。

等等，我以为死海之所以如此命名是因为它的高盐浓度阻止了水中生命的存在?

图1所示。大萨利纳斯(阿根廷)。来源:Alicia Nijdam-Jones

的确，但事实证明，死海里有生命。我说的不是在稠密的海水中漂浮的游客，而是能够适应生活在几乎饱和的盐水介质中巨大渗透压力的单细胞微生物。极端的盐浓度会产生渗透压，使不适应环境的生物分解。嗜盐菌通过增加细胞内盐浓度达到4 M而存活!

这令人印象深刻，但盐在生物环境中是一个可怕的旅伴，因为它会破坏稳定并导致组成蛋白质的不可逆聚集。那么，嗜盐生物如何适应维持细胞内机制的稳定和功能呢?

好问题，斜体的声音．属于嗜盐生物的蛋白质实际上与其他生物的蛋白质完全相同。然而，它们的氨基酸组成明显不同。一方面，它们表面的负电荷和极性残基增加，同时疏水含量减少。因此，嗜盐蛋白在高盐浓度下非常稳定，同时保持其溶解度和功能。

图2所示。两种相反但互补的机制通过氨基酸选择进行了进化优化，并合作在高盐度环境中填充天然形式的蛋白质。

在最近发表在《化学与生物学》上的一篇论文中，奥特加et al。研究氨基酸组成与嗜盐适应性的关系。他们利用分子生物学工具进行了模拟在体外为了研究设计具有不同程度光适应的系统的进化过程。通过应用生物物理方法和原子分辨率结构技术，如核磁共振波谱，他们在模拟高盐环境的条件下对嗜盐和非嗜盐蛋白质进行了全面的表征。由于这项研究，他们已经成功地解释了为什么属于嗜盐生物的蛋白质在极端盐浓度下如此稳定。

两种相反但互补的机制的作用使嗜盐蛋白在大量盐的存在下具有很大的稳定性。一方面，溶液中负电荷和正离子之间的静电相互作用稳定了蛋白质的适当折叠状态。另一方面，极性表面的增加(以及疏水区域的减少)促进了离子从未折叠的亲盐蛋白表面排斥，有助于避免错误折叠和聚集。因此，我们有两种相反的机制:折叠态与离子的优先相互作用和展开态的优先排斥。然而，这两种机制的作用都朝着在盐存在下稳定亲盐蛋白折叠(天然)形式的方向发展(图2)。

因此，这项研究不仅回答了一个有趣的生物学问题，而且突出了大分子-溶剂-溶质之间相互作用的机制。他们的发现可能在其他领域有用，比如优化生物反应器的酶，或者干旱地区的农业。从进化的角度来看，也有令人兴奋的结果。生命出现的早期海洋是类嗜盐环境。这是否意味着我们是极端微生物?更有趣的是，在最近的火星探测中，他们发现了盐水。如果我们能找到嗜盐的火星人呢?

加布里埃尔·奥尔特加和奥斯卡小米
中国生物工程研究院结构生物学组
西班牙比斯卡亚科技园

出版

在折叠和未折叠状态下，残基-离子的协同相互作用导致了嗜盐蛋白的适应性。
Ortega G, Diercks T, Millet O。
2015年12月17日

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