來(lái)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)驗室董濤團隊揭示了環(huán)境因素決定細菌在VI型蛋白質(zhì)分泌系統（T6SS）介導的競爭中的生存機制。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(guò)程中，微生物需要感知和調節自身適應外界環(huán)境的變化。本文基于董濤團隊2020年在Nature Microbiology上提出的細菌非特異性保護機制，闡述了環(huán)境因素可以通過(guò)影響T6SS效應蛋白的活性和受體細胞的非特異性保護機制，決定細胞在T6SS競爭中的生死存亡。通俗的講，大家最常用的培養基也可能會(huì )讓細菌經(jīng)歷生死考驗。
圖1. 環(huán)境因素和非特異性防御系統共同介導了細菌在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(guān)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(guò)程中都起著(zhù)至關(guān)重要的作用。在復雜的微生物群落中，為了生存和獲取競爭優(yōu)勢，細菌進(jìn)化出了許多強有力的競爭工具。細菌的T6SS就是這樣一種能夠介導細菌與細菌、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胞內，殺傷包括原核和真核細胞在內的多種細胞類(lèi)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)驗室條件下，部分毒素蛋白沒(méi)有表型，這阻礙了對它們功能的研究。
在本研究中發(fā)現，不同來(lái)源的LB固體培養基等環(huán)境因素顯著(zhù)影響了霍亂弧菌中T6SS效應蛋白的殺傷效果。培養基中鎂離子和鈣離子成分以及培養溫度決定了不同效應蛋白對細菌的殺菌效果。通過(guò)遺傳和轉錄組分析等手段，本研究闡明了鎂離子Mg2+響應的PhoPQ雙組分調控系統在大腸桿菌中起著(zhù)重要的保護作用（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(guò)被污染的水源或食物進(jìn)入到人體腸道內。本研究發(fā)現二價(jià)陽(yáng)離子顯著(zhù)增強了霍亂弧菌中毒素蛋白的殺菌活性，意味著(zhù)在自然和宿主環(huán)境中，T6SS可能有著(zhù)實(shí)驗室條件下檢測不到的殺菌作用和功能。
本研究也揭示了細菌可以感受培養過(guò)程中的細微變化。雖然這些變化可能在大部分時(shí)間是我們無(wú)法察覺(jué)的，但是在特定條件下可能會(huì )使得細菌面臨生死的考驗。這些發(fā)現在宏觀(guān)上也有重要的意義。全球氣候變化正在顯著(zhù)的改變海水里的酸度和離子水平，環(huán)境變化可能通過(guò)本研究所揭示的方式來(lái)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(gè)生態(tài)鏈。
