在自然界中，细菌并非漫无目的地漂浮，而是依靠一种精巧的“导航系统”——趋化信号传导系统（chemotaxis）来寻找有利的环境并避开有害物质。通过趋化作用，细菌能够主动靠近营养物质或远离毒素，从而提高生存和繁殖的机会。

细菌的“方向盘”：甲基接受趋化蛋白（MCPs）

细菌的趋化性主要由一类特殊的受体蛋白——甲基接受趋化蛋白（MCPs）调控。MCPs能感知环境中的多种化学信号，例如氨基酸、有机酸、糖类、脂肪酸、氧气及多种无机离子等。当这些受体检测到化学梯度后，就会将信号传递到细胞内部，调控鞭毛的转动方式，从而改变细菌的游动方向。这种机制不仅决定了细菌如何寻找食物，还与其定植、群体行为、生物膜形成甚至毒素合成密切相关。

趋化性与食品的关系

从“农场到餐桌”的整个过程中，微生物都无处不在。它们有的在发酵过程中发挥积极作用，提升食品风味、改善营养和提供益生功能；但也有的作为病原菌或腐败菌，导致食物中毒和食品浪费。理解细菌趋化性对于食品行业尤为重要。通过揭示细菌如何进入和“导航”食品体系，可以更有效地利用有益菌，同时防控有害菌。

食品工业中的潜在应用

精准发酵：通过调控有益菌的趋化性，使其快速聚集并高效利用原料，从而提升发酵品质。病原体检测：利用细菌对特定化学物质的趋化反应，开发灵敏的生物传感器。食品降解与循环利用：通过引导细菌趋化到特定底物上，加速食物垃圾的生物降解。

典型的趋化信号

大多数趋化信号与营养密切相关。例如，大肠杆菌对L-丝氨酸和L-天冬氨酸的反应特别强烈，它们不仅是重要的营养物质，也是大肠杆菌在复杂环境中快速定位的“路标”。有趣的是，并非所有趋化物都能被利用为营养。例如，幽门螺杆菌会对人体免疫细胞释放的次氯酸（HOCl）产生趋化反应，这种现象帮助它锁定炎症部位并成功侵入宿主。

在肠道这一复杂生态系统中，趋化性决定了细菌如何选择定植位置。病原菌：如空肠弯曲菌（Campylobacter jejuni）依赖MCP受体感知宿主信号，实现定植和入侵。大肠杆菌：能感应多巴胺、去甲肾上腺素等宿主分子，甚至对群体感应信号（AI-2）表现出趋化性，从而增强肠道定植。益生菌：乳酸杆菌在肠道中的趋化性表现出“趋黏液”的特点，有助于它们牢固附着在肠壁，为宿主提供健康益处。研究表明，具有运动能力和趋化性的乳酸杆菌比缺乏鞭毛或运动性的菌株更容易在肠道中持久存在。

图1 典型趋化信号传导通路及其对生物膜形成和微生物定植的影响[1]

总结

趋化性是细菌生态适应的核心机制。随着对MCP及其信号网络的深入研究，人们不仅能更好地理解病原菌如何侵入宿主，也能更高效地利用益生菌改善食品生产和人类健康。从提升食品风味到保障食品安全，再到推动可持续发展，细菌的“导航系统”正在为未来的食品工业提供无限可能。

参考来源：[1] LI J, BEKHIT S A, ZHOU G, et al. Unveiling the mastery of bacterial navigation: The role of methyl-accepting chemotactic proteins in sensing and mobility through environments and their promising applications in food sustainability [J]. Food Research International, 2025, 221: 117362.