霍亂細(xì)菌利用特定的 D-氨基酸來(lái)逃避不利的生態(tài)位并形成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。瑞典于默奧大學(xué)的一個(gè)研究小組領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究表明了這一點(diǎn)。這一發(fā)現(xiàn)最終可能對(duì)細(xì)菌感染的研究具有重要意義。
于默奧大學(xué)分子生物學(xué)系教授 Felipe Cava 表示：“這些發(fā)現(xiàn)加深了我們對(duì)細(xì)菌行為的了解，并可能影響操縱細(xì)菌種群或控制細(xì)菌感染的策略的制定。”
結(jié)果揭示了 D-氨基酸在應(yīng)激驅(qū)動(dòng)的細(xì)菌趨化性中的新作用。利用最先進(jìn)的技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種以前未表征的化學(xué)感受器 MCP DRK，它特異于 D-精氨酸和 D-賴氨酸。這些 D-氨基酸作為有毒化合物和應(yīng)激信號(hào)的雙重功能表明它們?cè)谒茉煳⑸锶郝浜陀绊懮鷳B(tài)位選擇方面發(fā)揮著作用。
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趨化性是細(xì)菌對(duì)環(huán)境信號(hào)做出反應(yīng)并在周圍環(huán)境中導(dǎo)航的能力，是一種普遍存在的現(xiàn)象，但人們對(duì)此仍知之甚少。雖然趨化途徑的核心成分在細(xì)菌中是保守的，但觸發(fā)趨化反應(yīng)的特定信號(hào)在很大程度上仍然未知。這使得很難揭示決定細(xì)菌向有利環(huán)境導(dǎo)航或逃避有害條件的潛在因素。
雖然 L-氨基酸作為信號(hào)分子的作用已被廣泛研究，但其 D-型對(duì)應(yīng)物在趨化性中的精確功能仍然很大程度上未知。這些有趣的分子由 L-氨基酸通過(guò)消旋酶產(chǎn)生，在各種細(xì)胞過(guò)程中發(fā)揮著多樣化和特定的作用，包括細(xì)胞壁形成、生物膜穩(wěn)定性、孢子萌發(fā)和細(xì)菌間相互作用。
霍亂弧菌是一種引起急性腹瀉病霍亂的海洋細(xì)菌，它會(huì)向環(huán)境中釋放高濃度的 D-氨基酸。然而，它們?cè)诩?xì)菌行為中的具體作用仍未得到充分探索。在這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，不產(chǎn)生細(xì)胞外 D-氨基酸的突變體表現(xiàn)出游泳能力下降。更深入的研究表明，D-精氨酸和 D-賴氨酸是令人排斥的趨化信號(hào)。
“這種細(xì)菌具有非常復(fù)雜的趨化系統(tǒng)，其中至少包括 45 個(gè)化學(xué)感受器。因此，我們策略性地采用二維熱蛋白質(zhì)組分析而不是常用的誘變方法。這一策略使我們能夠有效地篩選和識(shí)別負(fù)責(zé) D-精氨酸和 D-賴氨酸傳感的特定化學(xué)感受器，我們將其命名為 MCP DRK， ”于默奧大學(xué)瑞典分子感染醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室 MIMS 的 Oihane Irazoki 說(shuō)道，他也是研究。
與兩種 D-氨基酸復(fù)合的感覺(jué)蛋白的結(jié)構(gòu)表征允許鑒定關(guān)鍵配體結(jié)合殘基并預(yù)測(cè)其他物種中的功能直向同源物。
“雖然我們的研究主要集中在霍亂弧菌，但 MCP DRK在多個(gè)物種中是保守的，但其對(duì) D-精氨酸和 D-賴氨酸的特異性似乎僅限于那些與廣譜消旋酶轉(zhuǎn)錄相關(guān)的受體。因此，這些發(fā)現(xiàn)對(duì)其他細(xì)菌物種的適用性需要進(jìn)一步研究，”O(jiān)ihane Irazoki 說(shuō)。
該研究的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是 D-精氨酸在塑造微生物群落的生物多樣性和結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)方面的多方面作用。一方面，它充當(dāng)清除潛在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的環(huán)境的機(jī)制，而另一方面，它協(xié)調(diào)社區(qū)向更有利的生態(tài)位遷移。霍亂弧菌進(jìn)化出了一種“戰(zhàn)斗和逃跑”策略，其中編碼 D-精氨酸化學(xué)感受器和負(fù)責(zé) D-氨基酸生產(chǎn)的廣譜消旋酶的基因串聯(lián)定位在單個(gè)操縱子內(nèi)。更有趣的是，這種排列是由應(yīng)力西格瑪因子 RpoS 控制的。通過(guò)同步生產(chǎn)D-精氨酸及其相應(yīng)的MCP，霍亂弧菌建立高效的壓力響應(yīng)機(jī)制，同時(shí)防止其在有利條件下無(wú)效激活。
“未來(lái)一個(gè)明顯的問(wèn)題是細(xì)菌如何整合 D-氨基酸信號(hào)并將其置于環(huán)境中，作為令人眼花繚亂的環(huán)境趨化信號(hào)和受體網(wǎng)絡(luò)的一部分。了解這一決策將有助于更深入地了解 D-氨基酸在使細(xì)菌適應(yīng)壓力方面的生態(tài)重要性，”Cava 教授總結(jié)道。
這項(xiàng)研究現(xiàn)已發(fā)表在《自然微生物學(xué)》上，是由于默奧大學(xué)、歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室和馬克斯·普朗克陸地微生物學(xué)研究所不同部門的團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)合作進(jìn)行的。
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