上海交大董涛团队在VI型分泌系统消杀革兰氏阳性菌的机制研究方面取得新发现
发布时间 :2022-03-27  阅读次数 :3000

近日,上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢国家重点实验室董涛团队发现了一种可杀伤多种病原细菌和真菌的VI型蛋白分泌系统(T6SS)。相关研究成果以“Delivery of an Rhs-family nuclease effector reveals direct penetration of the gram-positive cell envelope by a type VI secretion system in Acidovorax citrulli”为题发表于由中国科学院微生物研究所和中国微生物学会共同主办的微生物学综合性英文期刊mLife。生命科学技术学院博士生裴同同为第一作者,董涛研究员为通讯作者。本文是董涛团队继续深入探究病原细菌之间相互作用而取得的新发现,首次揭示了T6SS能穿透革兰氏阳性菌实现深入其细胞质的蛋白递送,拓宽了领域内对T6SS功能和作用范围的认识,对开发抑制耐药病原菌的新手段有重要意义。

图1:细菌细胞壁的结构示意图(1);

PG:细胞壁;PM:内膜;OM:外膜

细菌与环境中其他细菌、真菌或真核宿主之间的相互作用,对于其在复杂生境中的存活,乃至整个菌群的功能都至关重要。而细菌VI型蛋白分泌系统(T6SS)在这个过程中发挥了不可替代的作用。T6SS是一种广泛存在于革兰氏阴性细菌中的针状武器,具有内外双管结构,并且通过外管的收缩,可在2毫秒内将内管及其结合的效应蛋白弹射至细胞外。这个过程释放的能量相当于1000个ATP分子的水解能,其作用力已被证实可以直接穿透革兰氏阴性细菌及真菌的细胞膜和细胞壁。然而,由于革兰氏阳性细菌的细胞壁的成分和厚度与革兰氏阴性细菌有很大不同,T6SS能否穿透革兰氏阳性细菌的细胞壁以实现深入细胞质的蛋白运输是领域内一直没有解决的问题。

图2:效应蛋白RhsB的酶学活性、自剪切特性和分泌途径。(A) rhsB的基因簇。(B) RhsB具有降解DNA的活性。(C) D1484A和D280A突变能够抑制RhsB的自我剪切。(D) 敲除RhsB载运蛋白或伴侣蛋白基因减弱了AAC00-1对革兰氏阳性菌的杀伤能力。

本研究发现西瓜嗜酸菌Acidovorax citrulli AAC00-1能够利用其T6SS有效杀伤多种微生物,包括革兰氏阳性细菌和真菌。为了探究效应蛋白在其中发挥的功能,作者构建了效应蛋白突变体库,并检测了各个突变体的T6SS活性。实验表明两个Rhs家族效应蛋白RhsB和RhsE的失活突变体在攻击革兰氏阴性和阳性细菌上都表现出减弱的杀菌能力。作者对效应蛋白RhsB及其所在基因簇进行了进一步的探究。利用生化和遗传突变实验,作者发现了RhsB的免疫蛋白RimB1和RimB2,鉴定了RhsB的核酸酶活性及剪切特性,并解析了RhsB的分泌途径。通过使用植物侵染模型,本研究还发现AAC00-1在植物宿主环境中仍然具有T6SS活性,能够有效清除环境中的其他竞争细菌。

图3: T6SS在植物宿主环境具备杀菌活性;

AC:西瓜嗜酸菌AAC00-1;CW:细胞壁;IM:内膜;OM:外膜

在过去的研究中,领域内往往聚焦于人类病原菌中T6SS功能的研究,并发现不同来源的T6SS针对其它细菌和真菌展现出了不同的杀伤作用。相比之下,有关植物病原菌的T6SS功能研究较少。然而,本研究显示植物病原菌的T6SS在消杀多种细菌和真菌中似乎具有更全能的优势,在抑制多重耐药菌和生物防治等方面有重大的应用潜力。后续的研究将继续聚焦于T6SS如何穿透不同类型的细胞屏障,并挖掘协助T6SS发挥毒性作用的潜在辅因子,以实现对T6SS的工具化改造。

该研究获国家重点研发计划(2020YFA0907200)和国家自然科学基金委(31770082,32030001)等多个项目的支持。

 

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/mlf2.12007