细菌的生长和适应取决于细胞如何分配有限的生物合成资源。在大肠杆菌（Escherichia coli）中，这一过程由鸟苷四磷酸和五磷酸（合称(p)ppGpp）协调。(p)ppGpp 是一种警报素，将氨基酸可用性与核糖体生产和蛋白质组成联系起来。这种调控逻辑是广泛接受的最优生长模型的基础——代谢通量和蛋白质组分配紧密耦合，以最大化生物合成输出。

然而，该模型是否普遍适用于所有细菌，尤其是在具有不同调控系统的物种中，尚不清楚。为回答这一问题，一项新的研究选取了革兰氏阳性菌枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）——该菌通过细胞内鸟苷三磷酸（GTP）浓度来调控核糖体合成。他们探究了在应激条件下代谢通量与蛋白质组组成之间是否仍保持紧密耦合，以及 GTP 如何在枯草芽孢杆菌及相关物种中控制这种关系。

在营养限制的稳态生长条件下，枯草芽孢杆菌的细胞内 GTP 浓度决定了相对核糖体丰度和生长速率。相对核糖体丰度随 GTP 浓度升高而增加，直至达到野生型水平，但超过该点后反而下降。这一行为与最优生长模型一致：通过蛋白质组重新分配来平衡氨基酸供应和翻译需求，以最优方式利用蛋白质资源并最大化生长速率。然而，在翻译抑制条件下，这种耦合被打破：尽管蛋白质合成减少、生长变慢，枯草芽孢杆菌仍维持恒定的核糖体蛋白质组比例，同时通过反馈抑制来抑制氨基酸生物合成。这种全局氨基酸通量与蛋白质组组成的解耦，与大肠杆菌的响应（涉及(p)ppGpp驱动的蛋白质组重塑）形成了鲜明对比。

通过使用 GTP 可调菌株，他们通过在持续翻译应激下升高细胞内 GTP 浓度，实验性地重新耦合了通量和蛋白质组，恢复了核糖体蛋白质组比例，并提高了生长速率。然而，这是有代价的：升高的 GTP 浓度削弱了细菌在抗生素应激下的生存能力。这些发现揭示了一种生理权衡：野生型 GTP 浓度平衡了生长和生存，而人为升高 GTP 则将平衡推向生物合成效率，但牺牲了应激耐受性。

全蛋白质组分析显示，GTP 通过 GTP 响应性调控因子CodY调节核糖体合成并调控应激相关蛋白。升高的 GTP 浓度促进生长相关蛋白（如核糖体和其他生物合成因子），而低 GTP 浓度则有利于应激适应蛋白。这种调控转变主要影响生长和应激适应蛋白，而大部分管家蛋白质组保持不变。

系统发育基因组学比较支持这一更广泛的区分：GTP 敏感元件（如 CodY、GTP 启动的核糖体 RNA 启动子）在厚壁菌门（Firmicutes）中广泛存在，而关键的(p)ppGpp敏感组分（如 DksA、RpoZ）则大多缺失。这些发现表明，基于 GTP 的资源控制是许多细菌中进化上保守的策略。

总而言之，他们的研究显示，仅凭蛋白质组组成通常无法预测细菌生长，并确定了GTP 是枯草芽孢杆菌细胞资源分配的核心调控因子。通过在应激条件下解耦代谢通量和蛋白质组组成，该菌揭示了一种在变化环境中平衡生长与生存的生理策略。结合变形菌门（Proteobacteria）中基于(p)ppGpp的系统，厚壁菌门中以 GTP 为中心的机制突出了细菌资源分配策略的进化多样性，并提示其他细菌谱系中可能还存在其他调控原则。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Ryan Thiermann et al, Decoupling of global metabolic flux and proteome partitioning in bacteria, Science (2026). DOI: 10.1126/science.aeb6410.