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文献信息：Huang, X.; Li, C.; Zhang, K.; Li, K.; Xie, J.; Peng, Y.; Quan, M.; Sun, Y.; Hu, Y.; Xia, L.; et al. Function and Global Regulation of Type III Secretion System and Flagella in Entomopathogenic Nematode Symbiotic Bacteria. Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 7579.
摘要
目前，广泛接受的观点是III型分泌系统（T3SS）作为细菌毒力因子的运输平台，而鞭毛则作为推进马达。然而，对于这两种机制功能差异的比较研究仍然明显缺乏。昆虫病原线虫共生细菌（Entomopathogenic nematode symbiotic bacteria，ENS），包括异养单胞菌（Xenorhabdus）和发光杆菌（Photorhabdus），是通过线虫属或虫寄生属将其转运到昆虫宿主中的革兰氏阴性细菌。鞭毛在ENS中是保守的，但T3SS仅在发光杆菌中编码。关于鞭毛和T3SS在ENS中的功能报道很少，不清楚它们在ENS感染中的作用。在这里，我们通过在X. stockiae中使鞭毛失活（flhDC删除）、在P. luminescens中使T3SS失活（sctV删除）以及在X. stockiae中异源合成P. luminescens的T3SS，阐明了T3SS和鞭毛在ENS感染中的功能。与之前的结果一致，ENS的群体运动和生物膜的形成主要由鞭毛主导。T3SS和鞭毛都促进ENS在宿主细胞内的侵入和定殖，对次级代谢物的形成和分泌影响较小。出乎意料的是，蛋白质组分析显示鞭毛/T3SS组装和VI型分泌系统（T6SS）之间存在负反馈回路。RT-PCR测试表明T3SS抑制鞭毛组装，而鞭毛蛋白的表达促进T3SS组装。此外，T3SS的表达刺激核糖体相关蛋白的表达。 III型分泌系统（T3SS）在革兰氏阴性细菌中起着微型注射器的作用，将效应蛋白直接注入宿主细胞以操纵宿主反应并促进感染。尽管在结构上与鞭毛相似，这两种系统具有共同的进化起源，但功能不同。鞭毛提供运动能力，对感染初期阶段到达目标位置至关重要，而T3SS专门用于传递毒力因子以破坏宿主防御。鞭毛和T3SS的表达和组装是紧密调控的，在运动需求增加时上调鞭毛表达，在接触宿主后则下调以避免免疫检测，让T3SS发挥作用。这种策略性调控确保了能量的节约和有效的感染。了解T3SS和鞭毛在如Xenorhabdus stockiae HN_xs01和Photorhabdus等昆虫病原线虫共生细菌中的作用，有助于揭示其感染机制和潜在的生物控制应用。- 鞭毛在Xenorhabdus的运动和生物膜形成中起关键作用：鞭毛缺失导致HN_xs01的游泳半径减少，且T3SS表达减弱其运动能力。鞭毛缺失菌株在48小时和72小时的生物膜形成最少，表明鞭毛在运动和生物膜发育中起主要作用，T3SS不起作用。
- T3SS和鞭毛协同促进ENS的入侵和定殖，对次级代谢物无影响：鞭毛和T3SS均参与了ENS对HeLa细胞的附着和入侵。体内实验表明，鞭毛和T3SS对ENS在棉铃虫体内的定殖至关重要，但次级代谢物未受影响。
- T3SS和鞭毛在ENS趋化性中起关键作用：蛋白质组学分析显示，鞭毛和T3SS在ENS的趋化性、物质代谢和合成中起关键作用，T3SS介导的功能更复杂多样。
- T3SS和鞭毛抑制T6SS的表达：T3SS的表达下调了T6SS相关蛋白的表达，鞭毛失活增加了T6SS相关蛋白的表达，表明T3SS和鞭毛抑制了T6SS的表达。
- 鞭毛促进T3SS的组装，T3SS负调控鞭毛蛋白的表达：鞭毛促进了T3SS的表达和组装，T3SS表达下调了鞭毛蛋白的表达，这种负反馈机制在HN_xs01和TT01菌株中均得到了验证。
- T3SS增强核糖体相关蛋白的表达：T3SS的激活上调了核糖体亚基蛋白的表达，鞭毛系统的缺失对核糖体蛋白的表达无影响，表明T3SS的激活与核糖体蛋白的表达呈正相关。
总的来说，低频波动（f<2×10-5 Hz）促进生物膜生长，而高频波动（f>1×10-3 Hz）抑制生物膜生长。我们的理论模型成功解释了不同频率流动波动对生物膜生长的影响，并有助于未来利用流动频率控制生物膜生长。文中图表：
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