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)的競爭中的生存機(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)頂級期刊the ISME Journal。生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院2019級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競爭中的生死存亡。通俗的講，大家最常用的培養(yǎng)基也可能會讓細(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競爭中存亡
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)，小到每個個體的疾病與健康，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，為了生存和獲取競爭優(yōu)勢，細(xì)菌進(jìn)化出了許多強(qiáng)有力的競爭工具。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）。霍亂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)二價陽離子顯著增強(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間是我們無法察覺的，但是在特定條件下可能會使得細(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海洋中弧菌等多種微生物競爭能力和群落組成產(chǎn)生影響，繼而從最底端影響到整個生態(tài)鏈。
