作者：苏熠，南京农业大学博士在读，主要研究铁载体介导的病原菌与根际微生物互作
周刊主要展示LorMe团队成员优秀周报，每周定期为您奉上学术盛宴！本期周刊揭示人类鼻腔共生菌通过铁载体拮抗金黄色葡萄球菌的新机制。原文于2024年发表在《Microbiome》上。
人体微生物组的平衡与人体健康紧密相连，其中鼻腔微生物组是抵御病原体入侵的重要防线。金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是引发皮肤疾病和深度感染的重要病原菌。鼻腔微生物组的组成会显著影响金黄色葡萄球菌S. aureus的定殖，有益共生菌可通过多种机制抵御其入侵，但相关分子策略尚未完全明晰。此前研究发现路邓葡萄球菌（Staphylococcus lugdunensis）能产生新型抗生素lugdunin抑制S. aureus，然而其在不同人群中的定殖情况及影响因素仍有待探究。本研究发现鼻腔共生菌可以通过铁载体拮抗金黄色葡萄球菌，拓展了有益微生物应用机制。
一、S. lugdunensis和S. aureus在健康人群中鼻腔定殖动态及其与检测方法灵敏度的关系
作者通过270名健康志愿者的数据发现，S. lugdunensis鼻腔定殖与S. aureus丰度呈显著负相关，携带S. lugdunensis的个体感染S. aureus的风险降低5倍。
之后通过23个月内的四次采样，作者分析了S. lugdunensis和S. aureus在健康人群鼻腔中的定殖动态（图1A）。结果表明，S. lugdunensis在部分个体中具有长期持续定殖的能力（50%初始携带者在所有时间点检测结果为阳性）。此外，初始非携带者中部分个体也在后续时间点检测到S. lugdunensis。基因组测序表明，S. lugdunensis在阳性样本中的相对丰度显著高于阴性样本。S. aureus亦呈现类似趋势，但成功培养所需的DNA丰度阈值显著高于S. lugdunensis（图1B）。
图1：通过培养或宏基因组分析检测研究参与者鼻腔中的S. lugdunensis和S. aureus
此外，通过将宏基因组测序的S. lugdunensis信息与分离出的菌落信息进行比对，发现宏基因组测得的S. lugdunensis主要属于CC1、CC3、CC6、CC7或未定义CC单菌落克隆，这表明每个人通常只被一种或少数几种S. lugdunensis克隆定殖。这个关联在两个采样时间点保持基本一致，表明了一个稳定的克隆分布（图2）。
图2：S. lugdunensis的菌株谱
二、S. lugdunensis与特定微生物群落的关联
图3：大多数定殖有S. lugdunensis的研究参与者可以归为CST3/5和CST7类型
作者通过宏基因组定量分析进一步揭示了S. lugdunensis与S. epidermidis、Corynebacterium accolens、Corynebacterium tuberculostearicum等物种的密切关联。结果发现，S. lugdunensis与S. aureus之间存在显著的负相关关系，这证实了它们之间存在相互拮抗的作用。作者基于物种丰度表进行相关网络分析，使用MetagenoNets软件中的Namap/Pearson算法分析发现，S. lugdunensis与多种鼻腔共生细菌呈现正相关，如Cutibacterium acnes、Corynebacterium striatum等，而与一些非典型鼻腔定殖菌种呈负相关（图4）。
图4：特定细菌物种与鼻腔中S. lugdunensis的丰度呈现正相关或负相关关系
三、S. lugdunensis的生长依赖于其他鼻腔细菌（如S. epidermidis和C. propinquum）提供的铁载体
图5：典型鼻腔细菌对lugdunin的敏感性测定
而S. lugdunensis与多个鼻腔细菌呈正相关，进一步通过实验发现其生长受铁载体限制，可能通过吸收其他细菌（如C. tuberculostearicum和S. epidermidis）分泌的铁载体来获得铁资源。实验表明，一些菌株的发酵液能显著促进S. lugdunensis的生长，显示出菌株特异性的互利关系（图6A）。
图6：鼻腔细菌通过产生铁载体支持S. lugdunensis的生长
图7：S. lugdunensis生长依赖于其他鼻内共生菌产生的铁载体
本研究表明，S. lugdunensis虽在人群鼻腔定殖率低，但能有效降低S. aureus定殖风险。其定殖受鼻腔微生物群落组成影响，依赖其他细菌产生的铁载体维持生长，凸显微生物组稳态在抵御病原体定殖中的关键作用。深入理解这些机制有助于开发精准调控微生物组的策略，为预防金黄色葡萄球菌感染提供新途径。
论文信息
原名：The Staphylococcus aureus‑antagonizing human nasal commensal Staphylococcus lugdunensis depends on siderophore piracy
译名：人类鼻腔共生菌通过铁载体拮抗金黄色葡萄球菌新机制
期刊：Microbiome
DOI：10.1186/s40168-024-01913-x
发表时间：2024.10
通讯作者：Bernhard Krismer
通讯作者单位：德国蒂宾根大学
编辑|苏熠
排版|黄梦玲
审核|顾少华
南京农业大学-土壤微生物与有机肥料团队
微生态与根际健康实验室
Lab of rhizosphere Micro-ecology
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