12月1日消息,近日,来自美国华盛顿大学的Elhanan Borenstein和Joseph D. Mougous研究组在Nature杂志上发表题为Human gut bacteria contain acquired interbacterial defence systems的文章,发现和定义了肠道菌群中存在一组基因,可以中和拮抗细胞毒作用,从而起到调控肠道菌群的作用。


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首先,作者通过高通量多批次对人类共生菌测序分析,寻找与人类免疫系统组分同源的基因。新濠湖北快3投注规则作者首先关注于脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis,简称B.fragilis)。B.fragilis是一种专性厌氧,革兰氏阴性的杆状肠道共生菌,并且多项报道指出,它的基因组可以编码多种与人类免疫系统组分同源的蛋白。但是,通过比较B.fragilis和其它共生菌的基因组,作者发现几点有意思的现象,第一,14个免疫同源基因(定义为i1——i14)在B.fragilis中并没有表达,但是,在肠道菌群其它菌株中却高表达。新濠湖北快3投注规则并且,这14基因中的12个却与B.fragilis中发现的免疫基因共享同源序列。新濠湖北快3投注规则作者将这组基因定义为独立免疫基因(Orphan immunity genes)。第二,在这14个基因中,i6分布最为广泛。第三,根据i6核苷酸替换(nucleotide substitutions)类型的不同,可以粗略的将肠道菌群分为cI,cII和cIII三类,其中,B.fragilis属于cIII。通过生物信息学分析,作者推测,这组独立免疫基因很可能具有与T6SS的细胞毒作用所不同的功能。


接下来,作者研究和定义这组基因的功能。作者通过聚类算法(cluster)发现,这组基因中的i6和i7隶属于一型获得性细菌防御系统(acquired interbacterialdefence 1 system,简称AID-1) 。新濠湖北快3投注规则所以,作者猜测,这组基因很可能具有抵御和中和细胞毒的作用。为了证实这一猜测,通过细菌杀伤实验,发现,特异性敲除了i6或者i7的菌株,被其它菌株杀伤的比例更大,而同时敲除i6和i7后,其杀伤作用最为显著。新濠湖北快3投注规则这些结果直接说明了,这组基因具有抑制细胞毒作用的功能。


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最后,作者研究这组基因的功能,是局限在特定等菌株上,还是对大多菌株都适用,具有更为普遍的意义。新濠湖北快3投注规则同样采用细菌杀伤实验,作者在没有AID-1组件的菌株中转入AID-1,发现,与未转入对照相比,这样的菌株可以更好更强的抵御细胞毒作用。作者再次比对和分析B.fragilis基因组,发现AID-1可以归于更大的框架- -重组酶相关AID-1系统(Recombinase-associated AID-1 systems,简称rAID-1)中。这个系统长达16kb,包含31个基因,具有多个免疫同源基因或序列,并且,有报道指出,具有抵御细胞毒作用的功能。与此同时,rAID-1并不局限于某种菌株,而是存在于多种人类肠道共生菌之中。


综上所述,这篇文章在人类肠道共生菌中定义了一组获得性细菌防御基因(acquired interbacterialdefence gene,简称AID gene),这组基因可以中和和抵御T6SS的细菌之间杀伤作用。新濠湖北快3投注规则另外,这组基因具有普适性,即连接有这组基因的菌株就可以获得抵御T6SS的功能。最后,作者将这组基因扩大,定义了重组酶相关AID-1系统,这一系统广泛存在于肠道菌群之中。这是一篇肠道菌群研究的佳作,其亮点有二,一是样本,作者综合了大量肠道菌群基因组测序结果,通过不同预测分析算法,定义了一组与T6SS功能截然不同的基因。二是功能,之前学界往往关注于细菌之间是如何杀伤对方的,通过何种分泌系统,使用何种细菌毒素。所谓战争,即有攻有守,有进有退,作者将关注点放在了细菌防御,颇有新意。


背景


人类的消化道(gastrointestinal tract)栖息着数目庞大,种类众多的细菌,而肠道菌群与人类健康密切相关。影响肠道菌群的因素可以分为外因和内因两类,外因包括食物摄取和宿主免疫应答状况,但是,这些远远不够调节如此复杂多样的肠道菌群;内因则主要指不同菌群之间的相互作用,这也是影响肠道菌群组分构成的主要因素。目前学界已经提出了多种肠道菌群之间短兵相接的通路机制。多种革兰氏阴性菌(Gramnegativeorder Bacteroidales)具有六型分泌系统(type VI secretion system,简称T6SS),通过这一系统,可以将毒性蛋白注射入临近细胞,从而起到杀伤作用。但是,T6SS的细胞毒作用是否有与之拮抗的机制呢?


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