the ISME Journal:环境影响细菌竞争的机制研究方面取得新进展

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揭示了环境因素决定细菌在VI型蛋白质分泌系统（T6SS）介导的竞争中的生存机制。相关研究成果以“Abiotic factors modulate interspecies competition mediated by the type VI secretion system effectors in Vibrio cholerae”为题发表于Nature旗下微生物生态学顶级期刊the ISME Journal。生命科学技术学院2019级硕士研究生唐明暄为第一作者，董涛研究员为通讯作者。在自然环境和宿主环境不断变化的过程中，微生物需要感知和调节自身适应外界环境的变化。本文基于董涛团队2020年在Nature Microbiology上提出的细菌非特异性保护机制，阐述了环境因素可以通过影响T6SS效应蛋白的活性和受体细胞的非特异性保护机制，决定细胞在T6SS竞争中的生死存亡。通俗的讲，大家最常用的培养基也可能会让细菌经历生死考验。

图1. 环境因素和非特异性防御系统共同介导了细菌在T6SS竞争中存亡

微生物几乎存在于地球上所有的生态位中，大到宏观的地球碳氮元素循环，小到每个个体的疾病与健康，微生物在这些过程中都起着至关重要的作用。在复杂的微生物群落中，为了生存和获取竞争优势，细菌进化出了许多强有力的竞争工具。细菌的T6SS就是这样一种能够介导细菌与细菌、宿主、和外界环境相互作用的工具。T6SS可以将多种毒素蛋白直接注射到受体细胞内，杀伤包括原核和真核细胞在内的多种细胞类型。这些毒素蛋白的作用和功能决定了T6SS的功能和生物学意义。然而在实验室条件下，部分毒素蛋白没有表型，这阻碍了对它们功能的研究。

在本研究中发现，不同来源的LB固体培养基等环境因素显著影响了霍乱弧菌中T6SS效应蛋白的杀伤效果。培养基中镁离子和钙离子成分以及培养温度决定了不同效应蛋白对细菌的杀菌效果。通过遗传和转录组分析等手段，本研究阐明了镁离子Mg2+响应的PhoPQ双组分调控系统在大肠杆菌中起着重要的保护作用（图1）。霍乱弧菌存在于离子含量丰富的水体环境中，可以通过被污染的水源或食物进入到人体肠道内。本研究发现二价阳离子显著增强了霍乱弧菌中毒素蛋白的杀菌活性，意味着在自然和宿主环境中，T6SS可能有着实验室条件下检测不到的杀菌作用和功能。

本研究也揭示了细菌可以感受培养过程中的细微变化。虽然这些变化可能在大部分时间是我们无法察觉的，但是在特定条件下可能会使得细菌面临生死的考验。这些发现在宏观上也有重要的意义。全球气候变化正在显著的改变海水里的酸度和离子水平，环境变化可能通过本研究所揭示的方式来对海洋中弧菌等多种微生物竞争能力和群落组成产生影响，继而从最底端影响到整个生态链。