生物发光细菌杀死竞争对手，并利用遗传调控因子在鱿鱼中建立共生关系

夏威夷短尾鱿鱼。已经确定了两个控制鱿鱼发光器官中栖息的发光细菌所需的关键基因表达的关键遗传基因，以杀死竞争性细菌细胞。

已经确定了控制发光细菌杀死竞争性细菌细胞所需的关键基因表达的两个因素。宾夕法尼亚州立大学的研究人员的发现揭示了使不同细菌菌株竞争并在夏威夷短尾鱿鱼中建立共生的分子机制。因此，这项发表在《细菌学杂志》上的在线研究增加了我们对如何确定宿主微生物组组成的了解，并且可能适用于人类中更复杂的微生物组。

宾州州立大学生物化学与分子生物学助理教授，研究团队负责人蒂姆·宫代郎说：“我们试图了解细菌在动物与微生物共生的环境中如何相互作用。”“通过这些共生体中的许多，宿主组织的表面变成了一个生态系统，不同物种和细菌菌株的细胞相互作用并争夺资源。我们知道其中一些细菌菌株具有攻击和杀死其他菌株的能力，但我们不知道这种机制是如何通过基因调控的。”

当夏威夷短尾鱿鱼孵化时，周围环境中的生物发光细菌开始在鱿鱼的轻器官中的微小隐窝中繁殖。细菌在隐窝内找到庇护所和营养丰富的环境，在那里它们会发出蓝光，研究人员认为这有助于掩盖下方掠食者的夜间鱿鱼。这种细菌的某些菌株，即费氏弧菌，采用称为VI型分泌系统（T6SS）的针状机制将毒素注入并杀死附近的细菌细胞。使用T6SS的菌株会杀死隐窝中的易感细菌菌株，而没有T6SS的菌株会与其他菌株共存。

宾夕法尼亚州立大学的博士后研究员，论文的第一作者克尔斯滕·R·古克斯（Kirsten R. Guckes）说：“在许多不同的细菌中都发现了VI型系统。”“最初认为它主要有助于致病细菌的致病性。例如，引起霍乱的细菌霍乱弧菌就使用它。但是，我们现在知道，有益细菌（如费氏弧菌）也使用T6SS杀死其他细菌。由于认为T6SS对于细菌的生产在能量上是昂贵的，并且这样做可能会干扰细菌的繁殖和产生生物发光的能力，因此了解系统的组成部分如何调控将有助于我们解释宿主与共生体之间的关系以及它们之间的关系。有助于建立共生的因素。”

T6SS的关键结构成分是Hcp，由两个功能冗余的基因编码。研究团队表明，Hcp的表达取决于两个因素：替代sigma因子54σ和细菌增强子结合蛋白VasH。此外，他们表明细菌杀死其他细胞所需的VasH调节宿主内Hcp的表达，这表明在共生过程中T6SS的表达受到调节。

宫代郎说：“有关宿主环境可以刺激VI型系统的知识表明，该系统已被整合到细菌与鱿鱼共生时使用的发育程序中。”“因此，无论是否存在其他竞争细菌，该系统似乎对于建立共生都很重要。此外，我们可以将这种相对简单的宿主-共生体关系中所学的知识应用到更复杂的微生物群中，例如在人体肠道和皮肤上发现的微生物群。”

参考：Kirsten R. Guckes，Andrew G. Cecere，Amanda L. Williams，Anjali E. McNeil和Tim Miyashiro，“细菌增强剂结合蛋白VasH促进共生过程中费氏弧菌的VI型分泌系统表达”，2020年1月21日，《期刊》细菌学.DOI：
10.1128 / JB.00777-19

除了宫代郎和古克斯之外，宾州州立大学的研究小组还包括安德鲁·G·塞塞尔，阿曼达·威廉姆斯和安贾利·麦克尼尔。该研究由美国国立卫生研究院资助。