2021年3月26日，中国海洋大学海洋生命学院、深海圈层与地球系统前沿科学中心张玉忠教授团队与山东大学等单位合作，在Science Advances （IF=13.116）在线发表题为“Oxidation of trimethylamine to trimethylamine N-oxide facilitates high hydrostatic pressure tolerance in a generalist bacterial lineage”的研究论文。文章发表后，Nature research highlights以“How deep-sea bacteria thrive under pressure”为题进行了研究亮点报道（https://www.nature.com/articles/d41586-021-00829-y）。张玉忠教授为该研究的通讯作者。
深海具有高压、低温、黑暗等极端环境特性，曾被认为是生命的禁区，但近些年发现深海生存着大量的微生物资源，形成了独特的深海生态系统。高静水压会对微生物造成严重损伤，生活在深海的微生物类群必须能够耐受深海高静水压。到目前为止，虽然已经揭示了深海微生物适应高压环境的一些策略，例如增加细胞膜的流动性，调整细胞代谢途径等，但是至今没有发现和鉴定出深海微生物耐压相关的功能基因和代谢机制。
本研究以深海细菌Myroides profundi D25为研究对象，发现该菌株能够利用三甲胺（TMA）转运载体TmaT吸收深海环境中的TMA，然后在细菌胞内诱导表达三甲胺单加氧酶MpTmm，将TMA氧化为氧化三甲胺（TMAO），并在胞内累积。在深海高压下，TMAO能够保护蛋白质等生物大分子维持正常的构象，发挥生物学功能，从而使得D25菌株具有耐受深海高静水压的能力，维持生存和生长。将TmaT-MpTmm蛋白在Escherichia coli和Bacillus subtilis菌株中表达，可显著提高E. coli和B. subtilis菌株的耐压能力。生物信息学分析表明TmaT和MpTmm同源蛋白在海洋细菌，尤其是拟杆菌门细菌中广泛分布，表明这可能是深海细菌普遍采用一种耐压策略，具有重要理论意义。
张玉忠教授领先的研究团队长期从事海洋微生物学与微生物海洋学研究，近年来在海洋微生物的多样性与进化、独特的生命特征、极端环境适应与生态效应等领域取得了系列研究成果。本次在Science Advances上发表的研究成果是该团队在海洋微生学与微生物海洋学研究领域取得的又一重要研究进展。
该论文由中国海洋大学、山东大学、青岛海洋科学与技术试点国家实验室、上海海洋大学和英国University of Warwick等单位的相关学者合作完成。研究工作得到了国家自然科学基金项目、科技部重点研发计划、山东省重大科技创新工程和泰山产业领军人才等项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.abf9941。
