細(xì)菌是如何感染宿主的? 科研人員發(fā)現(xiàn)調(diào)控細(xì)菌感染行為的新方式-
作者:刁雯蕙
發(fā)布時間:2021-06-07
瀏覽次數(shù):1140
細(xì)菌是如何感染宿主的? 科研人員發(fā)現(xiàn)調(diào)控細(xì)菌感染行為的新方式-

微信圖片_20210604175531.jpg

光遺傳方法宿主體內(nèi)控制細(xì)菌致病能力示意圖。 研究團(tuán)隊供圖

你能想象,一個成年人身上的細(xì)菌總數(shù),居然有100萬億嗎?

細(xì)菌數(shù)量之多、種類之繁,既是許多疾病的病原體,以接觸、消化道、呼吸道、昆蟲叮咬等傳方式讓人體感染疾病。同時,細(xì)菌也常被人們用于乳酪及酸奶和酒釀的制作、部分抗生素的制造、廢水的處理等,與我們的生活息息相關(guān)。

對于人類疾病預(yù)防而言,了解細(xì)菌如何感染人體,進(jìn)一步對細(xì)菌感染行為進(jìn)行調(diào)控至關(guān)重要。6月2日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院(以下簡稱深圳先進(jìn)院)合成生物學(xué)研究所金帆團(tuán)隊與黃術(shù)強團(tuán)隊關(guān)于細(xì)菌感染的研究成果以封面文章的形式發(fā)表于ACS Synthetic Biology。研究團(tuán)隊開發(fā)了基于銅綠假單胞菌的新型光敏蛋白YGS24,實現(xiàn)了用光學(xué)方法控制細(xì)菌對宿主的感染行為。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生承心怡、深圳先進(jìn)院研究助理蒲璐、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生付生偉為文章的共同第一作者,研究員金帆和助理研究員楊帥為共同通訊作者。

該研究不僅實現(xiàn)對宿主體內(nèi)細(xì)菌致病能力的定量和時間控制,從而可以揭示其局部和系統(tǒng)對宿主健康和死亡的影響。新的技術(shù)的建立有望探索和發(fā)現(xiàn)致病菌新的致病機理,進(jìn)而加速相關(guān)創(chuàng)新療法的開發(fā)。

細(xì)菌是如何感染宿主的?

細(xì)菌的感染往往呈現(xiàn)急性和慢性兩種模式。細(xì)菌的不同感染行為往往會對宿主體產(chǎn)生不同的影響。急性感染下,細(xì)菌會引起宿主急性的炎癥反應(yīng),而慢性感染下,細(xì)菌往往會形成生物被膜,對抗生素和宿主的免疫系統(tǒng)具有更強的耐受性,往往不易根治。

研究團(tuán)隊選取了常見的機會性致病菌——銅綠假單胞菌作為研究模型,用以探索調(diào)控細(xì)菌感染行為的新方式。

“銅綠假單胞菌是一種對人體和動植物均有潛在致病性的革蘭氏陰性菌,它的臨床分離率較高。對于免疫受損的病人、皮膚或黏膜受損的病人,如患有囊性纖維化、支氣管擴(kuò)張癥、中性粒細(xì)胞減少癥、艾滋病的病人以及燒傷、器官移植的病人來說,銅綠假單胞菌感染具有很高的發(fā)病率和致死率。因此,建立新的方法對其致病性進(jìn)行研究不僅具有臨床意義,還具有開創(chuàng)性的科學(xué)意義?!闭撐墓餐ㄓ嵶髡邨顜洷硎尽?/p>

有別于傳統(tǒng)利用化學(xué)誘導(dǎo)物進(jìn)行基因表達(dá)調(diào)控的細(xì)菌調(diào)控手段,研究團(tuán)隊利用光遺傳學(xué)調(diào)控的方式,基于銅綠假單胞菌的GacS蛋白和GacA蛋白組成的雙組分系統(tǒng),開發(fā)了新型光敏蛋白YGS24。

“GacS-GacA雙組分系統(tǒng)在銅綠假單胞菌急性和慢性感染模式的切換上有著關(guān)鍵性的調(diào)控作用。GacS蛋白通過調(diào)節(jié)GacA蛋白的磷酸化程度對下游致病相關(guān)基因進(jìn)行調(diào)控。當(dāng)GacA蛋白的磷酸化水平高時,細(xì)菌傾向于形成生物被膜,慢性感染相關(guān)基因的表達(dá)被促進(jìn);而當(dāng)GacA蛋白的磷酸化水平低時,細(xì)菌更傾向于表達(dá)與急性感染模式相關(guān)的基因。我們以YGS24蛋白取代細(xì)菌中原有的GacS蛋白,構(gòu)建了YGS24-GacA光控系統(tǒng),對銅綠假單胞菌的感染行為進(jìn)行精確的光調(diào)控?!睏顜浗忉尩?。

利用構(gòu)建的YGS24-GacA光控系統(tǒng),研究團(tuán)隊在 “致命麻痹”和“緩慢殺戮”的秀麗隱桿線蟲—銅綠假單胞菌致病模型中,成功實現(xiàn)了細(xì)菌對線蟲的致病能力的藍(lán)光調(diào)控。此外,通過該光控系統(tǒng),利用顯微鏡技術(shù)和微流控技術(shù),成功實現(xiàn)了對秀麗隱桿線蟲腸腔內(nèi)銅綠假單胞菌致病調(diào)控回路的原位光誘導(dǎo)。

“YGS24光敏蛋白的研發(fā),擴(kuò)充了光遺傳學(xué)的工具庫,也是在銅綠假單胞菌中開發(fā)的第一個光敏蛋白。它將推動光遺傳學(xué)在微生物研究領(lǐng)域的發(fā)展,還將在細(xì)菌感染行為相關(guān)的基礎(chǔ)研究中發(fā)揮獨特的作用?!睏顜洷硎尽?/p>

下一步,研究團(tuán)隊計劃利用該技術(shù),結(jié)合線蟲感染實驗,通過光遺傳學(xué)方法建立定量關(guān)系模型和真實波動環(huán)境下的致病感染模型。通過建立更高分辨率的顯微追蹤照明系統(tǒng),對線蟲腸道特定部位的細(xì)菌進(jìn)行誘導(dǎo),研究不同位置的局部感染導(dǎo)致的致病性差異,最終探究新的感染機制和宿主相互作用,為治療銅綠假單胞菌感染提供新的思路。

相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1021/acssynbio.1c00075


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號,在對話框:
回復(fù)【最新活動】,了解近期科普活動
回復(fù)【科普行】,了解最新深圳科普行活動
回復(fù)【研學(xué)營】,了解最新科普研學(xué)營
回復(fù)【科普課堂】,了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】,了解最新科普書籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】,了解最新團(tuán)體定制活動
回復(fù)【科普基地】,了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識】,學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識
回復(fù)【博物學(xué)院】,了解更多博物學(xué)院活動詳情

聽說,打賞我的人最后都找到了真愛。
深i科普
掃描關(guān)注深i科普公眾號