适者生存！Nature子刊：这种细菌的进化策略或为科学家带来新的蛋白质靶点

2022-08-25
来源：来源：中国生物技术网
与肠道一样，我们的口腔也是微生物的重要家园，已知有超过700种常驻细菌在里面“同呼吸，共命运”。同样，口腔菌群也如同肠道菌群一般复杂且多样性。
但对于细菌而言，口腔这个家园可不比肠道，那是一个充满挑战的生存环境：口腔内表面的上皮细胞会不断脱落，再加上“奔流不息”的唾液，使定植在口腔内表面的细菌时刻都面临着“灭顶之灾”。为了不随波逐流且彼此分离，它们必须想尽一切办法不掉落“悬崖”。然而到目前为止，科学家们对这些细菌如何生存仍知之甚少。
北京时间8月23日，发表在《Nature Communications》上的一项新研究中，来自加拿大国立科学研究院和维也纳大学的的研究团队发现，一种特定口腔共生菌通过多次进化已具备了强大的生存能力。也就是说，适者生存，长期的艰苦环境确实让它们变得更加强大且团结一心。该研究认为，这种细菌将可以作为了解细菌细胞分裂和动物-微生物共生体进化的理想模型，并有助于确定新的抗菌靶点。

在哺乳动物中，口腔细菌Alysiella 、 Simonsiella和Conchiformibius等都是多细胞且纵向分裂的，分裂后的细胞各奔东西（分离）。
然而，奈瑟氏菌却进化出一种新的繁殖方式：它们让分裂面与其长轴平行，这就使它们纵向分裂，而不像典型的杆状细菌那样横向分裂。而且，一旦分裂完成，它们还会相互连接彼此，形成毛虫状的细丝。细丝中的一些细胞也采用了不同的形状。它们这样做可能是为了执行特定的功能以利于细丝发展，从而更牢固地附着在动物口腔内或身体表面。
奈瑟氏菌（Neisseriaceae）是一种革兰氏阴性球状和杆状口腔共生细菌。正常人口腔中常见的奈瑟氏菌科的家族成员是干燥奈瑟氏菌、徽黄奈瑟氏菌和粘液奈瑟氏菌。

多细胞杆状和球状奈瑟氏菌的系统发育树
在这项新研究中，研究人员首先使用超微结构显微镜分析了4个奈瑟氏菌科家族成员（N. elongata、A. filiformis、S. muelleri 和 C. steedae）的细胞形状。除了毛虫状细丝外，还包括两种典型的细胞形状，即杆状和球菌状。

通过比较基因组学分析，研究人员推断，这种多细胞纵向分裂的细菌是从横向分裂的杆状细菌进化而来的。他们还确定从横向分裂到纵向分裂的转变需要细菌删除基因座mraZ，以获得amiC2和MreB蛋白的氨基酸排列。
他们还使用荧光标记技术来可视化多细胞细菌的细胞生长过程，然后将这些细菌的基因组成与典型的野生型杆状细菌进行比较。

最后，研究人员通过将基因变化引入杆状奈瑟氏菌来重现这种进化。虽然他们不能强迫杆状细菌变成多细胞细菌，但基因修饰导致了细胞变长变薄。他们推测，在进化过程中，通过延长和分裂过程的重新加工，细胞的形状发生了变化，也许是为了更好地在艰苦的环境中生存。
除了了解细胞形状是如何进化的，多细胞奈瑟氏菌还有助于科学家们研究细菌是如何学会附着在动物皮肤表面生活的。这是迄今为止发现它们唯一出现的地方，但有一半人把它们带进了嘴里。
研究人员表示，口腔奈瑟氏菌不止一次地从杆状祖先进化成球状或多细胞纵向分裂。由于易于培养和遗传操作性，这种细菌可以成为了解细菌细胞分裂和动物-细菌共生体进化的理想模型。
迄今为止，大多数蛋白质功能研究都是在少数易于在实验室培养和操作的致病细菌菌种中进行的，如大肠杆菌和枯草芽孢杆菌。因此，将细胞生物学领域扩展到更多形态和共生物种，对于增加应用于工业和生物制药的蛋白质靶点（如抗生素靶点）也是至关重要的。像奈瑟氏菌所采取的进化策略，或将有助于发现未知的新蛋白质靶点。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-32260-w




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