Forskning belyser molekylära mekanismer som gör det möjligt för bakterier att konkurrera och upprätta symbios

Två faktorer som styr uttrycket av en nyckelgen som krävs av luminescerande bakterier för att döda konkurrerande bakterieceller har identifierats. Fyndet, av forskare vid Penn State, belyser de molekylära mekanismerna som gör det möjligt för olika bakteriestammar att tävla och upprätta symbios i Hawaiian bobtail bläckfisk. Följaktligen, studien, som visas online i Journal of Bacteriology , bidrar till vår förståelse av hur sammansättningen av en värds mikrobiom bestäms, och kan vara tillämpliga på mer komplexa mikrobiomer hos människor.

Vi försöker förstå hur bakterier interagerar med varandra i samband med en djur-mikrob-symbios. Med många av dessa symbioser, värdvävnadens yta blir ett ekosystem där celler av olika arter och bakteriestammar interagerar och tävlar om resurser. Vi visste att några av dessa bakteriestammar har kapacitet att attackera och döda andra stammar, men vi visste inte hur denna mekanism är genetiskt reglerad. "

Tim Miyashiro, biträdande professor i biokemi och molekylärbiologi vid Penn State och ledare för forskargruppen

När en hawaiisk bobtail -bläckfisk kläcks, bioluminescerande bakterier i den omgivande miljön börjar kolonisera små urtag som kallas krypter i bläckfiskens ljusorgan. Bakterierna hittar skydd och en näringsrik miljö inom krypterna, där de producerar en blå glöd som forskare tror hjälper till att dölja de nattliga bläckfiskarna från rovdjur nedan. Några stammar av denna bakterie, Vibrio fischeri, använda en nålliknande mekanism som kallas ett typ VI-utsöndringssystem (T6SS) för att injicera toxiner i och döda närliggande bakterieceller. Stammar som använder T6SS kommer att döda mottagliga bakteriestammar i en krypta, medan de utan T6SS kan leva ihop med andra stammar.

"Typ VI -systemet finns inom många olika bakterier, "sa Kirsten R. Guckes, en postdoktor vid Penn State och första författare till uppsatsen. "Man trodde ursprungligen att det främst skulle bidra till virogeniteten hos patogena bakterier. Till exempel Vibrio cholerae, bakterierna som orsakar kolera, använder den. Men, vi vet nu att nyttiga bakterier, som V. fischeri, använd också T6SS för att döda andra bakterier. Eftersom T6SS anses vara energiskt dyrt för bakterierna att producera, och att göra det kan störa bakteriernas förmåga att frodas och producera bioluminescens, Att förstå hur systemets komponenter regleras hjälper oss att förklara värd-symbiont-förhållandet och de faktorer som bidrar till att upprätta symbios. "

En viktig strukturell komponent i T6SS är Hcp, kodad av två funktionellt redundanta gener. Forskargruppen visade att uttrycket av Hcp är beroende av två faktorer:den alternativa sigmafaktorn σ54 och det bakteriella förstärkarbindande proteinet VasH. Dessutom, de visade att VasH, som krävs för att bakterierna ska döda andra celler, reglerar Hcp -uttryck inom värden, vilket tyder på att uttrycket av T6SS regleras under symbios.

"Vetskapen om att värdens miljö kan stimulera typ VI -systemet tyder på att systemet har integrerats i det utvecklingsprogram som bakterierna använder när de initierar symbios med bläckfisken, "sa Miyashiro." Så, det verkar som att systemet är viktigt för upprättandet av symbios, huruvida andra konkurrerande bakterier är närvarande. Dessutom, vi kan tillämpa det vi lär oss i detta relativt enkla värd-symbiont-förhållande på mer komplexa mikrobiomer som de som finns i människans tarm och på vår hud. "

• Rotavirusvaccination är inte kopplad till risk för typ 1 -diabetes mellitus
• Tarmbakterier kan öka effektiviteten av cancerimmunterapi,