基因調控因子能夠促使細菌殺死競爭對手並在魷魚中建立共生關係

2020-12-05 集識科學

賓夕法尼亞州立大學的研究人員的揭示了使不同細菌菌株之間的競爭關係,並在夏威夷短尾魷魚中建立共生的分子機制,它們發現了「克敵制勝」的關鍵基因調控機制。該研究在線發表在《細菌學雜誌》(Journal of Bacteriology)上,使我們對確定宿主微生物組的組成有了更深入的了解,並且可能適用於人類中更複雜的微生物組。

夏威夷短尾魷魚

研究團隊負責人蒂姆·宮代郎(Tim Miyashiro)說:「我們試圖了解細菌在動物與微生物共生的情況下如何相互作用,有了許多這樣的共生體,宿主組織的表面就變成了一個小型的生態系統,不同物種和細菌菌株細胞相互作用並爭奪資源。我們知道其中一些細菌菌株具有攻擊和殺死其他菌株的能力,但我們不知道這種機制是如何通過基因來進行調控的。」

當夏威夷短尾魷魚孵化時,周圍環境中的發光細菌開始在魷魚的輕器官中的微小隱窩中繁殖。細菌在隱窩內找到庇護所和營養豐富的環境,在那裡它們會發出藍色幽光,研究人員認為這有助於迷惑下方的捕食者---夜行魷魚。一些細菌菌株,如費氏弧菌,採用稱為VI型分泌系統(T6SS)的針狀機制,將毒素注入並殺死附近的細菌細胞。使用T6SS的菌株會殺死隱窩中的易感細菌菌株,而沒有T6SS的菌株會與其他菌株共存。

論文的第一作者克爾斯滕·R·古克斯(Kirsten R. Guckes)說:「在許多不同的細菌中都發現了VI型系統,最初認為它主要與病原細菌的致病性有關。例如,霍亂弧菌(Vibrio cholerae)。但是,現在知道,有益菌(如費氏弧菌(V. fischeri))也使用T6SS系統殺死其他細菌。由於T6SS在能量消耗方面對於細菌來說是「昂貴的」,並且這樣做可能會干擾細菌的繁衍和生物發光的能力,因此了解系統的組成以及如何調控,將有助於我們解釋宿主與共生體的關係,以及導致共生的重要因素。」

T6SS的關鍵結構成分是Hcp,由兩個功能冗餘的基因編碼。研究小組表明,Hcp的表達取決於兩個因素:σ替代因子σ54和細菌增強子結合蛋白VasH。此外,研究還表明,細菌殺死其他細胞所必需的VasH調節宿主內Hcp的表達,這表明在共生過程中T6SS的表達受到調節。

既往研究表明,宿主的生存環境可以激活VI型系統,表明該系統已被整合到細菌與魷魚共生時的發育程序。因此,無論是否存在其他競爭細菌,該系統似乎對於共生的建立都很重要。此外,還可以將這種相對簡單的宿主-共生關係進行深入研究,將共性的知識內容應用到更複雜的微生物組中,例如在人類的腸道和皮膚上發現的微生物組。

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