the ISME Journal:環(huán)境影響細(xì)菌競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)制研究方面取得新進(jìn)展
來源：上海交大
近日，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室董濤團(tuán)隊(duì)揭示了環(huán)境因素決定細(xì)菌在VI型蛋白質(zhì)分泌系統(tǒng)（T6SS）介導(dǎo)的競(jìng)爭(zhēng)中的生存機(jī)制。相關(guān)研究成果以“Abiotic factors modulate interspecies competition mediated by the type VI secretion system effectors in Vibrio cholerae”為題發(fā)表于Nature旗下微生物生態(tài)學(xué)頂級(jí)期刊the ISME Journal。生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院2019級(jí)碩士研究生唐明暄為第一作者，董濤研究員為通訊作者。在自然環(huán)境和宿主環(huán)境不斷變化的過程中，微生物需要感知和調(diào)節(jié)自身適應(yīng)外界環(huán)境的變化。本文基于董濤團(tuán)隊(duì)2020年在Nature Microbiology上提出的細(xì)菌非特異性保護(hù)機(jī)制，闡述了環(huán)境因素可以通過影響T6SS效應(yīng)蛋白的活性和受體細(xì)胞的非特異性保護(hù)機(jī)制，決定細(xì)胞在T6SS競(jìng)爭(zhēng)中的生死存亡。通俗的講，大家最常用的培養(yǎng)基也可能會(huì)讓細(xì)菌經(jīng)歷生死考驗(yàn)。
圖1. 環(huán)境因素和非特異性防御系統(tǒng)共同介導(dǎo)了細(xì)菌在T6SS競(jìng)爭(zhēng)中存亡
微生物幾乎存在于地球上所有的生態(tài)位中，大到宏觀的地球碳氮元素循環(huán)，小到每個(gè)個(gè)體的疾病與健康，微生物在這些過程中都起著至關(guān)重要的作用。在復(fù)雜的微生物群落中，為了生存和獲取競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，細(xì)菌進(jìn)化出了許多強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)工具。細(xì)菌的T6SS就是這樣一種能夠介導(dǎo)細(xì)菌與細(xì)菌、宿主、和外界環(huán)境相互作用的工具。T6SS可以將多種毒素蛋白直接注射到受體細(xì)胞內(nèi)，殺傷包括原核和真核細(xì)胞在內(nèi)的多種細(xì)胞類型。這些毒素蛋白的作用和功能決定了T6SS的功能和生物學(xué)意義。然而在實(shí)驗(yàn)室條件下，部分毒素蛋白沒有表型，這阻礙了對(duì)它們功能的研究。
在本研究中發(fā)現(xiàn)，不同來源的LB固體培養(yǎng)基等環(huán)境因素顯著影響了霍亂弧菌中T6SS效應(yīng)蛋白的殺傷效果。培養(yǎng)基中鎂離子和鈣離子成分以及培養(yǎng)溫度決定了不同效應(yīng)蛋白對(duì)細(xì)菌的殺菌效果。通過遺傳和轉(zhuǎn)錄組分析等手段，本研究闡明了鎂離子Mg2+響應(yīng)的PhoPQ雙組分調(diào)控系統(tǒng)在大腸桿菌中起著重要的保護(hù)作用（圖1）?；魜y弧菌存在于離子含量豐富的水體環(huán)境中，可以通過被污染的水源或食物進(jìn)入到人體腸道內(nèi)。本研究發(fā)現(xiàn)二價(jià)陽(yáng)離子顯著增強(qiáng)了霍亂弧菌中毒素蛋白的殺菌活性，意味著在自然和宿主環(huán)境中，T6SS可能有著實(shí)驗(yàn)室條件下檢測(cè)不到的殺菌作用和功能。
本研究也揭示了細(xì)菌可以感受培養(yǎng)過程中的細(xì)微變化。雖然這些變化可能在大部分時(shí)間是我們無法察覺的，但是在特定條件下可能會(huì)使得細(xì)菌面臨生死的考驗(yàn)。這些發(fā)現(xiàn)在宏觀上也有重要的意義。全球氣候變化正在顯著的改變海水里的酸度和離子水平，環(huán)境變化可能通過本研究所揭示的方式來對(duì)海洋中弧菌等多種微生物競(jìng)爭(zhēng)能力和群落組成產(chǎn)生影響，繼而從最底端影響到整個(gè)生態(tài)鏈。
