客户成就|Nature Microbiology:解析拟杆菌分泌的泛素同源蛋白BfUbb调节人肠道中菌间拮抗的独特机制

Release time: 2024-02-28


研究背景:

人类肠道中有着极其密集和多样化的微生物群落。这个复杂的生态系统主要由不同种类的细菌组成,它们在有限的肠道内争夺资源和生态位,并对人体的生命健康具有极其重要的影响。拟杆菌是人体肠道中丰度最高的革兰氏阴性菌,为了在菌间竞争中获取优势地位,研究显示肠道拟杆菌开发了多种特定的杀菌蛋白作为对抗其它拟杆菌的抗菌武器

泛素分子长期以来被认为是真核细胞所特有的,但研究人员在前期的研究中却意外地发现人肠道脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)可以编码并分泌一种具有杀菌活性的泛素同源蛋白(BfUbb),但其具体的杀菌机制及生理意义不为人知。

研究结果:

2023年12月11日,山东大学高翔教授团队在《Nature Microbiology》杂志上发表题为“Bacteroides fragilis ubiquitin homologue drives intraspecies bacterial competition in the gut microbiome”的研究成果,揭示了一种前所未有的人肠道拟杆菌分泌的泛素同源物(BfUbb)拮抗特定肠道拟杆菌的杀菌机制

在该研究中,研究人员借助蔡司激光共聚焦显微成像技术首次揭示了BfUbb的杀菌表型。首先,研究人员使用蔡司激光共聚焦显微镜LSM900拍摄了敏感菌株在不同BfUbb的作用浓度下的表型变化,发现BfUbb的杀菌活性具有浓度依赖性。在较低BfUbb的作用浓度时,敏感菌株主要表现为分裂受阻,菌株变长的现象;在较高BfUbb的作用浓度下,菌株则出现大量鼓泡死亡的现象。

▲敏感菌株和不敏感菌株在不同浓度的BfUbb处理下的表型变化

进而,通过带有晶格结构光照明的蔡司超高分辨率显微成像系统Elyra 7 with Lattice SIM进行实时成像,研究人员进一步捕捉了在BfUbb处理下菌株形态的实时变化,详细表征了经BfUbb处理后敏感菌株的表型变化。

▲用BfUbb处理敏感菌实时成像时捕捉的照片

结合以上BfUbb的毒性表型研究,本研究系统深入地解析了人肠道拟杆菌分泌的泛素同源物BfUbb独特的杀菌机制,并表明BfUbb是塑造人类肠道内菌株组成的强大驱动因子,具有重要的应用潜力

作者信息:

山东大学高翔教授为该论文唯一通讯作者,山东大学副研究员姜昆,博士生李伟勋、童明,博士后徐京华以及博士生陈喆为论文共同第一作者,山东大学为第一完成单位和通讯作者单位。

专家点评

在青霉素耐药性越来越严重的当下,新型抗菌方式越来越被重视。人肠道拟杆菌分泌的泛素同源物(BfUbb)拮抗特定肠道拟杆菌的杀菌机制被发现将真正打开了一扇新的抗菌思路,有助于进一步促进自身肠道杀菌机制成型,并为新型抗菌药物研发提供思路

菌株的成像难点在于菌膜和菌丝的细节,客户选择Lattice SIM显微技术,该技术的优势是分辨率高速度快,帮客户解决了悬浮活菌株拍摄高分辨率细节的问题。

从本文中的样品制样难度来说,如此清晰平坦的活菌菌株的观察是非常难能可贵的,可见此科研单位水平之高。

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