【前沿】生科团队研究成果:让细菌说出自己的选择

藉由MMR系统突变展示霍乱弧菌在氧化胁迫下的调控机制

2018-11-20来源:南农新闻-NJAU NEWS作者:谢赛君 王卉

在细菌的生长过程中,会不断根据环境变化调整基因的表达和翻译,尤其是入侵宿主时,更是需要过五关斩六将。因为宿主体内的环境非常复杂,因而这也成为科学研究的难点。近日,南京农业大学生命科学学院朱军教授团队在生物学权威刊物PLoSPathogens上在线发表了题为“Hypermutation-induced in vivooxidative stress resistance enhances Vibrio choleraehost adaptation”的科研论文,研究了霍乱弧菌是通过怎样的方式来应对含有高氧化压力的宿主环境的,并建立了利用DNA错配修复系统(mismatchrepair,MMR)来研究特定环境中细菌调控行为的模型。

霍乱弧菌(Vibrio cholera),就是引发霍乱(cholera)的罪魁祸首,主要通过人类食用受污染的水源或食物进行传染。霍乱弧菌进入人体后,除了面对胃酸屏障、氧气减少等一系列挑战外,还要想办法清除活性氧(Reactive oxygenspecies,ROS)。该研究团队这几年已经研究了霍乱弧菌如何通过直接或间接调控KatG、KatB、Dps、PrxA等过氧化氢酶和过氧化物酶来消除ROS,而此次则是做了更加系统的探索。

这项研究中利用了分别含有高、低两种ROS水平的小鼠模型,通过Tn-seq发现MMR系统中的关键基因mutS对霍乱弧菌在高ROS水平小鼠体内的定殖有重要影响,但不影响其在低ROS水平中的定殖程度。实验证明霍乱弧菌采用了两种策略来应对氧化压力:一方面通过增强过氧化氢酶的表达来抗ROS;另一方面则发生了“变形”,把光滑(smooth)形态变为褶皱(rugose)形态来增强抗逆性,但这种“变形”策略只是暂时的,当压力消失后,形态又会复旧如初。

其实,一旦缺失了错配修复系统,就好比给霍乱弧菌喝下了一管加速变异的药水,让更容易适应环境的“革新派”能够脱颖而出,之后待霍乱弧菌离开宿主后再服下“药丸”(基因回补)将体内发生的一切“冻结”,再来研究细菌体内的“变异”情况,就能“看见”它们是如何应对环境变化的了。该文章第一作者、生命科学学院王卉副教授说:“体内环境实在太复杂了,就像一个黑箱(blackbox),很难全面的了解病原细菌到底会采用什么综合策略来应对。而现在利用MMR系统,我们就可以把不同条件下获得优势的突变株进行富集,快速定位细菌的调控行为。而且这种模型还可以应用到其它环境中,也可以帮助预测细菌通过何种突变方式来逃避杀菌物质,从而降低潜在风险,帮助改善现在抗菌方式。”


南京农业大学的这项成果以该校生命科学学院王卉副教授为论文的第一作者和通讯作者,朱军教授为共同通讯作者,南京农业大学为第一完成和通讯单位。朱军教授课题组一直致力于微生物与宿主间相互作用的研究,此前曾在PNAS、Cell Reports、Molecular Microbiology、Infection and Immunity、Journal of Bacteriology、Applied and EnvironmentalMicrobiology等多种优秀期刊上发表文章。本次发表的研究成果获得了中国疾病预防控制中心传染病预防控制所阚飙研究员、逄波研究员和华中科技大学刘智教授的帮助,感谢林万芳和林法德小姐的关心和鼓励,感谢973计划、国家自然科学基金的项目支持。

文章链接:https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1007413



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