日本国立研究开发法人理化学研究所（简称理研）环境资源科学研究中心创药种子开拓基础单元的吉田稔单元负责人、吉住僚太朗研究生研究助理、东京大学研究生院农学生命科学研究科的三浦俊一硕士研究生（研究当时）、广岛大学研究生院统合生命科学研究科的西村慎一教授等人组成的联合研究团队发现，裂殖酵母向细胞外释放的谷胱甘肽（GSH）能够恢复增殖功能降低的基因敲除株的增殖。该成果表明，微生物释放的一次代谢物不仅向周围细胞供给营养，还会影响细胞的生理功能。这一研究成果有望为理解微生物群体通过代谢物相互弥补弱点的机制，以及设计利用多种微生物的培养与发酵技术做出贡献。相关成果发表于《mSystems》。
图1 从野生株向细胞外释放、支撑周围基因敲除株生长的谷胱甘肽（供图：理化学研究所）
研究团队针对3420种裂殖酵母基因敲除株，比较了在营养丰富培养基和仅含最低限度营养的最少培养基中的生长情况。随后，将在最少培养基中显示生长不良的基因敲除株在野生株附近培养，最终鉴定出37株难以单独生长，但在野生株附近能够恢复生长的菌株。
研究团队发现，其中14个菌株依靠已知的胞间信号物质——氮源信号因子（NSF）恢复了生长。但剩余23株并不对NSF产生响应，因此推测还有其他物质在发挥作用。于是，研究人员将野生株培养后的上清液（培养上清）分为乙酸乙酯组分、1-丁醇组分与水溶性组分分别开展试验，结果发现三个组分均具备生长恢复活性。已知NSF存在于乙酸乙酯组分中，该结果表明，野生裂殖酵母除NSF外，还会向细胞外释放多种促生长物质。
接下来，研究人员针对可被培养上清水溶性组分恢复生长的11个菌株，调查了引发生长恢复的物质。其中6株为无法合成含硫氨基酸半胱氨酸的基因敲除株。研究人员采用质谱法检测含硫化合物，在培养上清中检测出了谷胱甘肽（GSH）。
此外，研究人员进一步将从培养上清中检出的谷胱甘肽（GSH）单独添加至培养基，考察其对上述11个菌株的作用。结果显示，包含6株半胱氨酸合成缺陷的基因敲除株在内，共计8个菌株的生长得到恢复。其中7株能够摄取并分解GSH，将其作为半胱氨酸或谷氨酸的供给源。GSH被认为具有类似稳定供给必要营养的储藏库的作用。
另一方面，剩下的1株是缺失细胞极性相关hob3基因的基因敲除株，发现其生长恢复效应无法仅用“摄取并分解GSH作为营养源”这一机制来解释。对于该菌株，若阻断其摄取GSH，则无法实现生长恢复。抑制GSH分解后，不仅生长恢复效果增强，细胞形态与细胞壁的异常情况也得到改善。此外，在其他细胞形态异常的基因敲除株中，也确认了GSH引起的生长恢复。这些结果表明，细胞外的GSH除了供给营养的作用外，被细胞摄取后还具备维持细胞正常形态建成的功能。
吉住研究生研究助理表示：“GSH是一种常被用于膳食补充剂等产品的物质。有报告称，口服摄入的GSH可能影响肠道菌群，还能够改善面包的膨发效果。通过本次研究，我切实感受到GSH这种常见物质还存在尚未被发现的功能。希望阐明酵母细胞外存在的GSH的作用，将来不仅能应用于控制微生物生长的技术，还能应用于面包、啤酒等利用酵母的发酵食品制作上。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：mSystems
论文：Glutathione acts as an exometabolite that promotes growth recovery in fission yeast with defects in amino acid metabolism and cell polarity
DOI：10.1128/msystems.00123-26
