中国科大研究揭示致病菌合作中的“无间道”

发布者:李雅清发布时间:2018-04-13浏览次数:13

绿脓杆菌(Pseudomonas aeruginosa)是一种在自然界广泛存在的条件性致病菌,可导致免疫力低下人群的感染,如HIV、肿瘤以及重度烧伤患者。因绿脓杆菌存在天然的泛耐药机制以及细菌生物被膜的形成等原因,治疗由绿脓杆菌介导的院内感染是一件既常见又棘手的临床难题。在绿脓杆菌的感染过程中,宿主体内的铁被宿主产生的螯铁蛋白束缚导致不能被细菌摄取利用,这将导致细菌无法在宿主内生长复制。此时,绿脓杆菌会通过一种特有的合作模式生产,分泌一种公共的载铁子(pyoverdine,PVDI)帮助细菌摄取关键的营养物质铁。“公地的悲剧”这一理论指出,这种合成(无私)的细菌行为在演化中并不稳定,很容易受到自私的也就是不生产载铁子细菌的入侵,最终导致合作的崩溃。理解绿脓杆菌这种特有合作机制,对如何保持稳定而不被自私菌入侵具有重要的临床指导意义。 


近日,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心金帆教授课题组的一项交叉科学研究,揭示了绿脓杆菌中合作演化稳定的机制。该成果以”Conditional privatization of a public siderophore enables Pseudomonas aeruginosa to resist to cheater invasion”为题,近期发表在学术期刊Nature communications。


研究人员发现,当细菌在外界环境张力较小时,细菌倾向于分享公共产物(public goods),此时无私的细菌可以被自私细菌入侵而取代。但是一旦外界环境变差,如紫外线、抗生素、免疫反应等,细菌会通过主动减少公共产物的外排将载铁子私有化,这些私有化的物质(private goods)可以帮助细菌抵抗环境张力度过难关,自私菌因为没有载铁子的保护而被淘汰。这种特有的策略被称之为“条件性的私有化”。研究人员后续通过演化实验以及理论计算证明,条件性的私有化可以保护细菌的合作不被自私细菌入侵。条件性私有化机制的阐明对理解微生物合作的起源、演化、稳定具有重大意义,同时对治疗绿脓杆菌介导的感染提供有趣的新思路,即通过干扰条件性的私有化,利用“无间道”的方式破坏、瓦解细菌见的合作,从而在宿主内清除致病菌。 



这项工作的第一作者是博士研究生金震宇和硕士研究生李嘉虹,通讯作者是金帆教授。该研究工作得到了国家自然科学基金委的资助。 


(合肥微尺度物质科学国家研究中心、科研部) 


全文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-018-03791-y