Onderzoek werpt licht op moleculaire mechanismen die bacteriën in staat stellen te concurreren en symbiose tot stand te brengen

We proberen te begrijpen hoe bacteriën met elkaar omgaan in de context van een dier-microbe symbiose. Met veel van deze symbiose, het oppervlak van het gastheerweefsel wordt een ecosysteem waar de cellen van verschillende soorten en bacteriestammen op elkaar inwerken en strijden om hulpbronnen. We wisten dat sommige van deze bacteriestammen het vermogen hebben om andere stammen aan te vallen en te doden, maar we wisten niet hoe dit mechanisme genetisch gereguleerd is."

Tim Miyashiro, assistent-professor biochemie en moleculaire biologie aan Penn State en de leider van het onderzoeksteam

Wanneer een Hawaiiaanse bobtail-inktvis uitkomt, bioluminescente bacteriën in de omgeving beginnen kleine uitsparingen te koloniseren die crypten worden genoemd in het lichtorgaan van de inktvis. De bacteriën vinden beschutting en een voedselrijke omgeving in de crypten, waar ze een blauwe gloed produceren die volgens onderzoekers helpt om de nachtelijke inktvissen te verbergen voor roofdieren eronder. Sommige stammen van deze bacterie, Vibrio Fischeri, gebruik een naaldachtig mechanisme dat bekend staat als een type VI-secretiesysteem (T6SS) om toxines te injecteren in nabijgelegen bacteriële cellen en deze te doden. Stammen die T6SS gebruiken, doden gevoelige bacteriestammen in een crypte, terwijl degenen zonder T6SS kunnen samenleven met andere stammen.

"Het type VI-systeem wordt gevonden in veel verschillende bacteriën, " zei Kirsten R. Guckes, een postdoctoraal onderzoeker bij Penn State en eerste auteur van het artikel. "Oorspronkelijk werd gedacht dat het voornamelijk bijdroeg aan de virulentie van pathogene bacteriën. Vibrio cholerae, de bacterie die cholera veroorzaakt, gebruikt het. Maar, we weten nu dat nuttige bacteriën, zoals V. fischeri, gebruik ook T6SS om andere bacteriën te doden. Omdat wordt aangenomen dat T6SS energetisch duur is voor de bacteriën om te produceren, en dit kan interfereren met het vermogen van de bacteriën om te gedijen en bioluminescentie te produceren, Als we begrijpen hoe de componenten van het systeem worden gereguleerd, kunnen we de gastheer-symbiontrelatie en de factoren die bijdragen aan het tot stand brengen van symbiose verklaren."

Een belangrijk structureel onderdeel van T6SS is Hcp, gecodeerd door twee functioneel redundante genen. Het onderzoeksteam toonde aan dat de expressie van Hcp afhankelijk is van twee factoren:de alternatieve sigmafactor σ54 en het bacteriële versterker bindende eiwit VasH. Aanvullend, ze toonden aan dat VasH, die nodig is voor de bacteriën om andere cellen te doden, reguleert Hcp-expressie in de gastheer, wat suggereert dat de expressie van T6SS wordt gereguleerd tijdens symbiose.

"De wetenschap dat de omgeving van de gastheer het type VI-systeem kan stimuleren, suggereert dat het systeem is geïntegreerd in het ontwikkelingsprogramma dat de bacteriën gebruiken wanneer ze een symbiose met de inktvis beginnen, "zei Miyashiro. "Dus, blijkt dat het systeem belangrijk is voor het tot stand brengen van symbiose, of er al dan niet andere concurrerende bacteriën aanwezig zijn. Aanvullend, we kunnen wat we leren in deze relatief eenvoudige gastheer-symbiontenrelatie toepassen op complexere microbiomen zoals die in de menselijke darm en op onze huid."

• Rotavirusvaccinatie niet gekoppeld aan risico op diabetes mellitus type 1
• Darmbacteriën kunnen de effectiviteit van kankerimmunotherapie verhogen,