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Science:宿主细胞利用芳烃受体侦查细菌群体感应信号

来源:本站原创 2019-12-28 10:14

2019年12月28日讯/生物谷BIOON/---细菌感染不会自动导致疾病;许多细菌只有在大量出现时才变得危险。在一项新的研究中,来自德国马克斯普朗克感染生物学研究所等研究机构的研究人员发现宿主细胞具有一种受体,它不能识别细菌本身,但可以侦察细菌之间的通讯。当有大量细菌存在时,宿主就会使用这种受体来记录它们分泌的称为毒力因子的致病性物质。相关研究结果近期发表在Science期刊上,论文标题为“Host monitoring of quorum sensing during Pseudomonas aeruginosa infection”。
图片来自Science, 2019, doi:10.1126/science.aaw1629。

就环境中的机会性病原体而言,这种感染的临界阈值特别高:只有当它们大量出现和/或产生致病性物质时,它们才能使人不知所措。

铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)就是这样的一种细菌。每个人都经常接触到它,这是因为它主要存在于水管、洗手盆和其他类似的地方。但是,大量的铜绿假单胞菌会导致严重的疾病。它们通过形成致病性物质来做到这一点,这就使它们能够在宿主中站稳脚跟并造成损害。这种细菌很容易引起肺炎、伤口感染或菌血症和血液中毒,尤其是在医院患者中。鉴于这种细菌抗生素具有高度抵抗力,这些疾病极难治疗。

铜绿假单胞菌是如何决定何时适合发起攻击的呢?它们通过称为“群体感应分子”的小分子进行相互交流。仅当这种细菌达到足够的密度时,它们才会产生致病性物质和粘液分子,从而保护它们免受抗生素和宿主自身免疫系统的攻击。

这对于细菌来说是有意义的,这是因为只要不需要粘液和毒力因子,它们的产生仅意味着不必要的能量消耗。另一方面,在真正的攻击中,能量消耗是值得的,这是因为只有这样,它们才能成功感染宿主并将其用作“滋生地”。

观察细菌之间的交流

论文通讯作者、马克斯普朗克感染生物学研究所的Stefan Kaufmann及其研究团队发现宿主细胞能够借助于一种称为芳烃受体(aryl hydrocarbon receptor)的受体观察到铜绿假单胞菌之间的交流。这种受体检测群体感应分子,使得宿主细胞能够检测到这种细菌何时准备发起攻击。论文第一作者Pedro Moura-Alves解释道,“通过这种刺探行为,宿主细胞能够在需要抵御这种细菌攻击的时候激活免疫系统。”

实际上,在铜绿假单胞菌达到它们的群体感应水平之前,这种受体窃听这种细菌之间的交谈;对群体感应的早期阶段进行检测,抑制芳烃受体,从而阻断宿主免疫防御的过早启动。Kaufmann说,“这对宿主是有效的,这是因为它节省了能量,让少量的细菌单独存在,前提是它们不会造成任何损害。只有当它们达到临界数量时,才有足够的能量进行防御。”这也有助于阻止由免疫系统反应引起的附带损害。

因此,宿主不仅可以识别是否存在细菌,而且这些结果还表明,它也记录了它们的数量增加的方式,以便对感染的不同阶段做出反应。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.Pedro Moura-Alves et al. Host monitoring of quorum sensing during Pseudomonas aeruginosa infection. Science, 2019, doi:10.1126/science.aaw1629.

2.Quorum sensing molecules: How the body cells spy out bacteria
https://phys.org/news/2019-12-quorum-molecules-body-cells-spy.html
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