链霉菌探索性生长中细胞壁合成的双模式机制：DivIVA与MreB协同驱动极性与分散壁合成

本研究揭示了链霉菌（Streptomyces venezuelae）在快速探索性生长过程中打破传统认知的细胞壁合成范式：通过同时激活DivIVA介导的极性生长（polarisome）和MreB依赖的分散壁合成（elongasome），形成独特的动态肽聚糖结构。该发现解决了细菌生长模式"非此即彼"的理论局限，为理解放线菌门形态建成提供了新视角，发表于《Nature Microbiology》。

在微生物王国里，细菌如何协调细胞生长与细胞壁合成始终是悬而未解的核心问题。传统理论认为细菌只能选择单一策略：要么像大多数革兰氏阳性菌那样通过DivIVA蛋白在细胞极区（pole）定向合成细胞壁，要么如大肠杆菌般依赖MreB蛋白沿侧壁分散插入新肽聚糖（peptidoglycan, PG）。然而，当遇到需要极速扩张的生存挑战时，某些微生物是否可能打破这种"二选一"的法则？

这个谜题在具有复杂生命周期的链霉菌中尤为突出。作为放线菌门（Actinobacteria）的典型代表，链霉菌不仅能通过经典生命周期形成孢子，还能启动探索性生长模式（exploratory growth），其菌丝扩展速度可达常规生长的10倍以上。如此惊人的生长速率如何实现？其细胞壁结构会因此发生何种改变？这些问题的答案可能重塑人们对细菌形态建成的认知。

发表在《Nature Microbiology》的研究首次揭示， Streptomyces venezuelae在探索性生长中开创性地采用了"双引擎"驱动策略。通过整合透射电镜（TEM）、荧光标记氨基酸（FDAA）示踪和超高效液相色谱-质谱联用（UPLC-MS）等技术，研究人员发现：早期探索阶段依赖DivIVA介导的极性生长实现快速延伸，此时细胞壁显著变薄；随着生长进程，MreB蛋白被激活并沿菌丝侧壁定向移动，指导分散式肽聚糖合成以加固细胞壁。这种动态调节使细胞壁厚度在生长周期中变化超40%，且伴随D,D-交联（D,D-cross-links）比例升高等独特化学特征。

关键实验技术包括：透射电镜测量细胞壁厚度动态变化、荧光D-氨基酸（TAMRA-D-lysine, TDL）标记新生肽聚糖位点、HaloTag标记示踪MreB1蛋白运动轨迹、UPLC-MS解析肽聚糖组分差异，以及通过基因敲除（ΔmreB1等）验证蛋白功能。

细胞壁结构变化与探索性生长相关

通过比较酵母提取物蛋白胨（YP）培养基上不同生长阶段的菌丝，透射电镜显示探索性菌丝的细胞壁厚度呈现动态变化：5天时较经典生长模式薄20%，而11天后反增40%以上。UPLC-MS分析揭示探索阶段肽聚糖中D,D-交联增加，且出现特殊组分特征。

MreB1缺失导致探索缺陷

敲除mreB1基因的菌株在YP培养基上呈现生长迟缓、菌落皱缩表型。电镜显示突变体细胞壁始终较薄，无法实现野生型的增厚过程。肽聚糖分析显示其交联度降低且水解产物增多，表明MreB1对维持快速生长下的壁结构完整性至关重要。

侧壁合成依赖MreB1

荧光标记实验显示，野生型探索菌丝中TDL既标记极区也标记侧壁，而ΔmreB1突变体几乎无侧壁标记。通过HaloTag标记捕获到MreB1沿菌丝长轴垂直方向的运动轨迹，且与新生肽聚糖位点共定位，证实其指导分散合成的功能。

MreB在放线菌门广泛存在

系统发育分析发现mreB基因在多个非孢子形成放线菌中保守存在，且侧翼基因（mreC/D、bPBP、rodA）排列与典型伸长体（elongasome）相似。Collinsella aerofaciens等菌的FDAA标记实验证实侧壁合成在放线菌中具有普遍性。

这项研究颠覆了细菌细胞壁合成模式互斥的传统观点，揭示链霉菌通过协同使用极体（polarisome）和伸长体（elongasome）实现生长速度与结构强度的动态平衡。特别值得注意的是，MreB在非孢子形成放线菌中的广泛存在暗示这种"双模式"生长策略可能在进化上更为古老。该发现为理解微生物环境适应性提供了新框架，对开发针对细胞壁合成关键蛋白（如MreB或DivIVA）的新型抗菌策略具有启示意义。