中国海洋大学在微生物DMSP跨膜转运机制研究方面取得新进展
近日，中国海洋大学海洋生命学院、海洋生物多样性与进化教育部重点实验室、深海圈层与地球系统前沿科学中心张玉忠/王鹏教授团队与利物浦大学刘鲁宁教授等多个国内外团队合作在国际知名期刊The EMBO Journal（欧洲分子生物学杂志）发表题为“Structural insights into bacterial dimethylsulfoniopropionate import by BCCT-family transporters”（BCCT家族转运蛋白介导细菌DMSP跨膜摄取的分子机制解析）的研究论文，系统解析了Na⁺梯度驱动海洋细菌摄取重要有机硫化合物二甲基巯基丙酸内盐（DMSP）的跨膜转运机制。
DMSP是海洋环境中广泛存在的重要有机硫化合物，在微生物抗逆响应、趋化行为及海洋营养循环中发挥重要作用。其降解产物二甲基硫（DMS）具有气候调节功能，对全球硫循环及气候系统具有重要影响。无论作为代谢底物还是作为胞内相容性溶质，微生物均需首先通过跨膜转运从海水中摄取DMSP，这一步骤是其生理功能发挥的基础。然而，海水中DMSP浓度通常为纳摩尔级，而细胞内可达毫摩尔级，跨越超过三个数量级的浓度梯度，使其摄取必须依赖高亲和力、高效率的主动转运系统。尽管DMSP在海洋生态系统中具有重要作用，其跨膜转运的分子机制长期缺乏认识。
本研究鉴定并功能表征了来源于海洋γ-变形菌Psychrobacter sp.D2的BCCT家族转运蛋白DddT，证实其为该菌株摄取DMSP的关键转运体。DddT功能依赖跨膜Na⁺梯度，属于典型Na+耦联同向转运蛋白。研究团队获得了DddT在多个关键构象状态下的高分辨率结构，结合生化验证，揭示了其动态转运过程。结构结果显示，DddT在转运过程中结合两个Na+离子，其中一个为此前未被报道的新型结合位点，Na+结合与构象变化协同驱动底物跨膜转运。
该研究不仅阐明了细菌DMSP跨膜转运的分子机制，也拓展了对BCCT家族转运蛋白离子耦联机制的认识。进一步分析表明，具有类似Na+结合特征的DddT同源蛋白在海洋细菌中广泛分布，提示该Na+耦联转运机制具有普遍性意义。该研究从结构与机制层面揭示了海洋细菌摄取DMSP的分子基础，填补了DMSP代谢中跨膜吸收这一关键环节的认知空白，为深入理解微生物驱动的海洋DMSP代谢提供了支撑。
张玉忠教授领衔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驱动的碳、氮、硫元素循环领域取得了系列研究成果。本次在The EMBO Journal上发表的研究成果是该团队在海洋微生学、海洋微生物生态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、复旦大学、英国东安格利亚大学、利物浦大学、南方科技大学、中国极地研究中心等单位相关学者合作完成，中国海洋大学为该论文的第一完成单位。王鹏教授、张玉忠教授、刘鲁宁教授为论文共同通讯作者。张玉忠教授、博士生朱文静和李康副教授为论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金项目、科技部重点研发计划、泰山学者计划等项目的资助。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s44318-026-00798-w
图1.Na+驱动海洋细菌摄取重要有机硫化合物DMSP的跨膜转运机制
