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PNAS:细菌侵染线虫机制最新研究成果

来源:科学时报 2010-12-02 09:25

特洛伊战争是古希腊的神话故事。然而在自然界,杀线虫细菌侵染线虫的机制却再现了这一神话。近日,美国《国家科学院院刊》(PNAS)报道了云南大学张克勤研究团队关于细菌侵染线虫机制的最新研究成果。该研究首次发现了杀线虫细菌侵染线虫的一种新的分子机制,并命名为特洛伊木马机制。细菌侵染线虫的特洛伊木马机制的发现,将有助于人们发展新的、有效的生物防治策略来防治危害农作物的线虫,实现有害线虫的可持续控制。

据介绍,PNAS编辑部将此文选为该期的热点文章,并配发了编委评述:“病原微生物与其宿主线虫是如何相遇并发生作用的,是阐明侵染过程的重要问题之一。为揭示杀线虫细菌的致病机理,张克勤研究团队首先从土壤中筛选出1株具有较强杀线虫活性的细菌新种B16。他们针对野生型和敲除毒力的突变型菌株开展了一系列实验,在倒扣平板实验中发现,相对于普通的大肠杆菌,B16菌株具有较强的吸引线虫的能力,原因在于该细菌能释放芳香的挥发性物质,如苯甲醛和2-庚酮等来引诱线虫。有趣的是,细菌使用的这种‘诡计’和古希腊神话故事特洛伊战争中用于引诱敌人的‘特洛伊木马’策略具有异曲同工之妙。引诱线虫的芳香物质是细菌使用常规的生物合成途径产生的,这种进化上的‘诡计’能够最大程度降低细菌的能耗。细菌通过伪装进入了‘敌人’线虫的体内,紧接着在线虫体内分泌毒力极强的胞外蛋白酶Bace  16和Bae  16侵染线虫。该研究通过蛋白质的异源/同源表达、基因敲除、荧光蛋白定位、显微注射等一系列功能实验,确定了这些胞外蛋白酶在侵染中发挥的协同作用和侵染靶点,证实了肠道损伤是导致线虫死亡的主要原因。另外,这些胞外蛋白酶很可能降解一些维持线虫生命的蛋白质,如肌球蛋白、ATP酶相关蛋白等,加速了线虫的死亡。”

同时,为确证杀线虫芽孢杆菌对线虫的侵染不仅仅是实验室条件下观察到的一种现象,也是自然界中客观存在的,张克勤等还开展了自然条件下的土壤实验。结果显示,在自然土壤中,致病细菌B16同样具有对线虫的吸引、固定和杀死能力,且其毒性蛋白酶在土壤中侵染线虫的方式也与实验室观察到的一致。

PNAS审稿人认为,该研究建立了一个极为精巧的体系来阐述捕食关系中细菌的致病机理,在揭示致病细菌产生的引诱物和蛋白酶降解靶标过程中开展了大量令人钦佩的研究工作。细菌的这种“特洛伊木马”式的侵染策略尤其引人瞩目。该研究成果对微生物侵染宿主领域的知识作了重要的增补,将极大地拓展人们对细菌致病机制的了解。(生物谷Bioon.com)

生物谷推荐原文出处:

PNAS  doi: 10.1073/pnas.1007276107

A Trojan horse mechanism of bacterial pathogenesis against nematodes

Qiuhong Niua,b,c,1, Xiaowei Huanga,b,1, Lin Zhanga,b, Jianping Xud, Dongmei Yanga,b, Kangbi Weia,b, Xuemei Niua,b, Zhiqiang Ane, Joan Wennstrom Bennettf, Chenggang Zoua,b, Jinkui Yanga,b, and Ke-Qin Zhanga,b,2

Abstract

Understanding the mechanisms of host–pathogen interaction can provide crucial information for successfully manipulating their relationships. Because of its genetic background and practical advantages over vertebrate model systems, the nematode Caenorhabditis elegans model has become an attractive host for studying microbial pathogenesis. Here we report a “Trojan horse” mechanism of bacterial pathogenesis against nematodes. We show that the bacterium Bacillus nematocida B16 lures nematodes by emitting potent volatile organic compounds that are much more attractive to worms than those from ordinary dietary bacteria. Seventeen B. nematocida-attractant volatile organic compounds are identified, and seven are individually confirmed to lure nematodes. Once the bacteria enter the intestine of nematodes, they secrete two proteases with broad substrate ranges but preferentially target essential intestinal proteins, leading to nematode death. This Trojan horse pattern of bacterium–nematode interaction enriches our understanding of microbial pathogenesis.

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