Forskning belyser molekylære mekanismer som gjør at bakterier kan konkurrere og etablere symbiose

To faktorer som styrer uttrykket av et nøkkelgen som kreves av luminescerende bakterier for å drepe konkurrerende bakterieceller, er identifisert. Funnet, av forskere ved Penn State, belyser de molekylære mekanismene som gjør at forskjellige bakteriestammer kan konkurrere og etablere symbiose i hawaiisk bobtail -blekksprut. Følgelig, studien, som vises online i Journal of Bacteriology , øker vår forståelse av hvordan sammensetningen av vertens mikrobiom bestemmes, og kan være aktuelt for mer komplekse mikrobiomer hos mennesker.

Vi prøver å forstå hvordan bakterier interagerer med hverandre i sammenheng med en symbiose mellom dyr og mikrober. Med mange av disse symbiose, overflaten av vertsvevet blir et økosystem der cellene til forskjellige arter og bakteriestammer samhandler og konkurrerer om ressurser. Vi visste at noen av disse bakteriestammene har kapasitet til å angripe og drepe andre stammer, men vi visste ikke hvordan denne mekanismen er genetisk regulert. "

Tim Miyashiro, assisterende professor i biokjemi og molekylærbiologi ved Penn State og leder for forskerteamet

Når en hawaiisk bobtail blekksprut klekker, bioluminescerende bakterier i det omkringliggende miljøet begynner å kolonisere små utsparinger som kalles krypter i blekksprutens lysorgan. Bakteriene finner ly og et næringsrikt miljø i kryptene, der de produserer en blå glød som forskere mener bidrar til å skjule de nattlige blekksprutene fra rovdyr nedenfor. Noen stammer av denne bakterien, Vibrio fischeri, bruke en nålelignende mekanisme kjent som et type VI-sekresjonssystem (T6SS) for å injisere toksiner i og drepe bakterieceller i nærheten. Stammer som bruker T6SS vil drepe mottakelige bakteriestammer i en krypt, mens de uten T6SS kan bo sammen med andre stammer.

"Type VI -systemet finnes i mange forskjellige bakterier, "sa Kirsten R. Guckes, en postdoktor ved Penn State og første forfatter av artikkelen. "Det ble opprinnelig antatt å hovedsakelig bidra til virulensen av patogene bakterier. For eksempel, Vibrio cholerae, bakteriene som forårsaker kolera, bruker den. Men, vi vet nå at fordelaktige bakterier, som V. fischeri, bruk også T6SS for å drepe andre bakterier. Fordi T6SS antas å være energisk dyrt for bakteriene å produsere, og dette kan forstyrre bakteriens evne til å trives og produsere bioluminescens, Å forstå hvordan systemets komponenter reguleres vil hjelpe oss å forklare vert-symbiont-forholdet og faktorene som bidrar til å etablere symbiose. "

En viktig strukturell komponent i T6SS er Hcp, kodet av to funksjonelt redundante gener. Forskerteamet viste at uttrykket for Hcp er avhengig av to faktorer:den alternative sigmafaktoren σ54 og det bakterielle forsterkerbindende proteinet VasH. I tillegg de viste at VasH, som er nødvendig for at bakteriene skal drepe andre celler, regulerer Hcp -uttrykk i verten, antyder at uttrykket for T6SS er regulert under symbiose.

"Kunnskapen om at vertsmiljøet kan stimulere type VI -systemet antyder at systemet har blitt integrert i utviklingsprogrammet som bakteriene bruker når de starter symbiose med blekksprut, "sa Miyashiro." Så, det ser ut til at systemet er viktig for etablering av symbiose, om andre konkurrerende bakterier er tilstede eller ikke. I tillegg vi kan anvende det vi lærer i dette relativt enkle vert-symbiont-forholdet på mer komplekse mikrobiomer som de som finnes i menneskets tarm og på huden vår. "

• Rotavirus -vaksinasjon er ikke knyttet til risiko for type 1 diabetes mellitus
• Tarmbakterier kan øke effektiviteten av immunterapi mot kreft,