青年文摘|毒素监测和防御的趋同进化为细菌-真菌的相互作用提供了证据
文摘
科学
2024-08-15 20:17
上海
微生物通常会以混合微生物群落形式存在，而很少单独存在。在这些复杂的群落中，微生物进化出了很多进攻和防御策略，以增强了自身的适应性。认识和理解微生物相互作用的分子机制对于理解微生物群落的功能至关重要。在临床感染中丝状真菌和细菌之间的相互作用被广泛研究，但这些相互作用背后的确切分子机制尚不清楚。囊性纤维化患者的气道中存在许多功能多样的混合微生物群落。烟曲霉和铜绿假单胞菌是从囊性纤维化患者气道中分离出的两种最常见的真菌和细菌，混合感染率为2% ~ 45%。有证据表明，混合感染会导致患者预后变差。有许多体外研究探究烟曲霉和铜绿假单胞菌的相互作用，但是关于烟曲霉对铜绿假单胞菌生理影响的研究很少。 近期，亚特兰大佐治亚理工学院生物科学学院Marvin Whiteley教授团队使用囊性纤维化作为模型揭示了烟曲霉的存在对铜绿假单胞菌生理的影响，发现铜绿假单胞菌编码的基因网络可以监测和防御烟曲霉产生的胶质毒素，且其作用机制与烟曲霉自身监测和防御胶质毒素的机制相同，该成果发表于《PNAS》。 研究者利用人类囊性纤维化痰液模型，通过比较转录组学，发现与烟曲霉共培养后，铜绿假单胞菌激活了一个之前未被鉴定的基因PA4170，该基因的表达水平达到了在囊性纤维化感染样本中观察到的水平。代谢组学结果显示，共培养过程中PA4170是由锌缺乏介导的烟曲霉分泌的天然产物胶质毒素诱导表达的。PA4170的功能鉴定表明，该基因编码一种二硫天然产物氧化酶，可以保护铜绿假单胞免受胶质毒素的氧化还原-循环作用。这与烟曲霉保护自身免受胶质毒素中毒的机制相同。 综上所述，这些数据为铜绿假单胞菌和烟曲霉毒素抗性趋同进化提供了证据，也表明铜绿假单胞菌已经进化到能够暴露于烟曲霉含二硫毒素的自然环境中生存。 在感染过程中，细菌和真菌常以复杂的混合微生物群落的形式存在。在实验室中重建生态结构是具有挑战性的，因此，微生物相互作用的精确分子机制难以理解。该研究通过模拟囊性纤维肺模型，发现了铜绿假单胞菌能够监测并防御烟曲霉产生的一种含二硫的毒素，且其机制与烟曲霉保护自身免受胶质毒素中毒的机制相同。这是一个关于毒素防御和环境感知跨界趋同进化的典型例子。这一发现为铜绿假单胞菌已经进化到能够暴露于烟曲霉含二硫毒素的自然环境中生存提供了强有力的证据。
【原文链接】
https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.2304382121
