iScience：口腔共生菌利用六型分泌系统对抗病原菌

文摘 2024-11-21 09:03 瑞士

原文献信息：Oscarsson, J.; Bao, K.; Shiratsuchi, A.; Grossmann, J.; Wolski, W. et al. Bacterial symbionts in oral niche use type vi secretion nanomachinery for fitness increase against pathobionts. iScience 2024, 27(5), 109650.

摘要：

微生物生态系统受到空间和营养限制，促使共居物种间合作和竞争的共同进化。为了提高生存适应性，细菌会利用某些机械结构来与近距离接触的竞争物种进行对抗。因此，细菌的VI型分泌系统（T6SS）纳米机器通常由病原菌表达，能够将蛋白质直接传递至真核或原核细胞，从而杀死共居的竞争者。在本研究中，我们首次证明了口腔共生菌Aggregatibacter aphrophilus拥有T6SS，并能够利用其T6SS消灭其密切相关的口腔病原菌A. actinomycetemcomitans。这些发现为共生菌对抗共居病原菌的抗菌前景带来希望，同时揭示了口腔中活性T6SS的存在。

主要内容：

A. aphrophilus中T6SS的流行率及其基因组织

我们使用BLAST搜索了17株A. aphrophilus菌株的全基因组序列，发现所有已知菌株中都存在编码VI型分泌系统（T6SS）的基因，包括13个核心成分和两个辅助蛋白。相比之下，在A. actinomycetemcomitans基因组中未找到T6SS基因簇的证据。

A. aphrophilus单菌种生物膜生长中的T6SS活性表达

为评估A. aphrophilus中T6SS的功能性表达，我们检测了核心蛋白Hcp的产生。结果显示，所有野生型菌株均表达Hcp，而Hcp突变株未检测到。A. actinomycetemcomitans D7SS菌株作为阴性对照也未检测到Hcp。此外，Hcp基因的失活对菌落形态无明显影响。

在单菌种生物膜中检测A. aphrophilus的T6SS核心蛋白及受Hcp影响的蛋白

我们分析了A. aphrophilus菌株HK83和CCUG 11575及其Hcp突变株在生物膜中的蛋白质组，检测到1517种蛋白。结果显示，除Hcp外，其他T6SS核心蛋白的表达在野生型和Hcp突变株间无显著差异，但Hcp失活会影响部分蛋白表达，进一步证实了A. aphrophilus中T6SS核心蛋白的存在。

A. aphrophilus在体外依赖T6SS降低A. actinomycetemcomitans数量

我们进行了细菌竞争实验，测试T6SS在A. aphrophilus杀菌中的作用。结果显示，与A. aphrophilus HK83共培养的A. actinomycetemcomitans细胞数量显著减少，而与Hcp突变株共培养时减少不显著。因此，我们得出结论，A. aphrophilus HK83的T6SS具有体外杀菌作用。

A. aphrophilus在体外口腔多物种生物膜中通过 T6SS 依赖性方式专性杀灭 A. actinomycetemcomitans

我们利用多物种生物膜模型研究A. aphrophilus对A. actinomycetemcomitans的杀伤活性。结果显示，A. aphrophilus HK83能显著减少A. actinomycetemcomitans数量，而Hcp突变株HK83 Δhcp杀伤能力较低。CLSM和FISH分析表明，A. aphrophilus在生物膜中大量分布，A. actinomycetemcomitans被其包埋，显示接触依赖性杀灭机制。在无A. aphrophilus或Δhcp株系中，A. actinomycetemcomitans数量更高，生物膜结构更紧密。

多种口腔生物膜中T6SS依赖的蛋白质组动力学

我们评估了包含A. aphrophilus的多种生物膜中的蛋白质组动力学变化。结果显示，Δhcp菌株对生物膜蛋白质组有类似影响，且显著调节了多种蛋白质，不仅限于T6SS相关蛋白，还影响了细胞信号传导等生物过程。

在果蝇感染模型中A. aphrophilus对A. actinomycetemcomitans的T6SS依赖抗菌活性

果蝇依赖先天免疫抵抗病原体，是模拟口腔环境的良好模型。在果蝇细菌感染模型中，A. aphrophilus对A. actinomycetemcomitans有T6SS依赖性拮抗作用，但不影响果蝇存活率。A. aphrophilus感染导致抗菌肽mRNA水平升高，并能有效降低果蝇中A. actinomycetemcomitans的水平，而Δhcp菌株则无此效果。

文中图表：

微生物生态 iMcro

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