Science|海洋细菌的捕食策略

引言

淡水以及海洋环境是营养浓度在空间和时间上存在波动的异质性环境。拟杆菌门细菌可以通过捕获活的微生物进行捕食，这一过程被称为异养性捕猎（Ixotrophy）。异养细菌是丝状的，可以像捕蝇纸一样捕捉猎物细胞并将其粘在自己的细胞表面。捕猎细胞会与猎物的鞭毛（Flagella）相互接触，这一接触过程在捕捉行为中发挥了关键作用，随后微生物会被捕猎细胞所裂解。异养性捕猎细胞中含有杆状颗粒（Rhapidosomes）与收缩式注射系统类似，这是已知介导细菌抵抗的大分子注射装置。

但是目前为止关于细胞异养性的分子机制仍然知之甚少，为了对这一过程进行解析，瑞士苏黎世大学Martin Pilhofer研究组与Gregor L. Weiss研究组合作在Science上发文题为Mechanism of bacterial predation via ixotrophy，着手解决细胞是如何通过异养性捕猎方式捕捉猎物、杀死猎物、异养性活动的细胞-细胞交流以及细菌为何使用该机制等方面的问题。

作者们所选用研究模型是金黄色葡萄球菌Aureispira sp. CCB-QB1，这是一种在液体和固体介质中均采用异养性捕猎方式对坎贝尔弧菌（Vibrio campbellii）进行杀伤的微生物【1】。在液体介质中，捕食者和猎物的细胞建立接触；在固体表面上捕食者则通过滑行运动接近猎物，两种介质中捕食者均是以相互接触的方式杀死猎物的。这些观测结果说明异养性捕猎方式涉及到捕食者与猎物之间相互接触的超微结构变化。为此，作者们使用冷冻电子断层扫描对捕食者和猎物的混合物进行成像。作者们发现金黄色葡萄球菌细胞外存在杆状结构，像是一个钩子，能够与猎物接触并相互作用。通过单分子低温电子显微镜，作者们发现这些“钩子”结构是9型分泌系统底物七聚体。此外，金黄色葡萄球菌具有6型分泌系统的细胞收缩注射结构，固定在细胞膜上。在捕猎和进攻过程中，金黄色葡萄球菌的6型分泌系统结构会排出内管刺穿猎物细胞。随后，作者们通过同位素但细胞标记以及拉曼光谱实验证明猎物细胞的组分被捕猎者所利用。另外，作者们还发现营养成分会通过插入序列影响为捕猎者提供遗传变异。在营养丰富的条件下，插入序列会插入异养性捕食相关的基因之中，促使其表达失活；在营养限制条件下，插入序列会被切除，异养性捕食相关的基因会被再度激活，细菌会形成对环境的适应优势。模式图（Credit: Science）总的来说，作者们为细菌进行捕猎的分子机制异养性捕猎进行了解析。作者们工作通过结构生物学揭开了细胞中编码异养性捕猎的超微分子结构，也揭开了不同细菌中存在异养性捕猎相关的基因簇，显示出该机制的保守性。同时，作者们的工作发现异养性捕猎机机制反过来也在塑造捕食者的基因组，调节细菌获取营养的适应性。

参考文献

1. G. Furusawa, N.-S. Lau, A. C. Shu-Chien, A. Jaya-Ram, A.-A. A. Amirul, Identification of polyunsaturated fatty acid and diterpenoid biosynthesis pathways from draft genome of Aureispira sp. CCB-QB1. Mar. Genomics 19, 39–44 (2015). doi: 10.1016/j.margen.2014.10.006; pmid: 25468060

https://doi.org/10.1126/science.adp0614

责编|探索君

排版|探索君

来源|BioArt

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