박테리아 c

자연 미생물학(2023)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

대부분의 미생물은 숙주보다 빠르게 진화하므로 숙주-미생물 상호 작용의 진화를 촉진해야 합니다. 그러나 숙주 연합에 대한 미생물의 적응 경로를 정의하는 특성에 대해서는 상대적으로 알려진 바가 거의 없습니다. 여기에서 우리는 선충류 Caenorhabditis elegans를 숙주로 하는 자유 생활 박테리아 Pseudomonas lurida를 실험적으로 진화시켜 숙주에 대한 적응을 중재하는 미생물 특성을 확인했습니다. 10번의 계대 후에 우리는 유익한 숙주 전문 박테리아의 진화를 반복적으로 관찰했으며, 선충의 지속성이 향상되어 생물막 형성이 증가했습니다. 전체 게놈 시퀀싱을 통해 박테리아의 2차 전달자인 순환 디구아닐레이트(c-di-GMP)를 균일하게 상향 조절하는 돌연변이가 밝혀졌습니다. 우리는 이후 다양한 슈도모나스 균주 및 종에서 c-di-GMP가 상향 조절된 돌연변이를 생성했으며, 이는 지속적으로 숙주 연관성을 증가시켰습니다. 다양한 환경의 슈도모나드 게놈을 비교하면 c-di-GMP가 식물에서 인간에 이르기까지 다양한 숙주에 대한 적응의 기초가 되는 것으로 나타났습니다. 이 연구는 c-di-GMP가 숙주 연합 확립에 기본임을 나타냅니다.

숙주 관련 미생물은 식물과 동물 숙주의 생리적 기능과 건강에 중요한 영향을 미칩니다1,2,3. 이러한 숙주-미생물상 상호작용은 종종 미생물군 매개 숙주 기능에 초점을 맞춘 숙주 중심 관점을 사용하여 연구됩니다. 이 견해는 대부분의 미생물이 짧은 생성 시간과 높은 돌연변이율로 인해 숙주보다 더 빠르게 진화하므로 미생물에 대한 적응도 향상이 불균형적으로 연관성을 촉진할 수 있다는 중요한 사실을 무시합니다4. 숙주-미생물 연합의 진화에서 중요한 단계는 자유 생활 박테리아가 숙주에 안정적으로 들어가고 지속되며 최종적으로 환경으로 방출되어 새로운 숙주를 식민지화할 수 있도록 하는 보다 특화된 상호 작용의 출현입니다(그림 1a)4 . 지금까지 박테리아가 숙주와의 그러한 연관성에 적응하는 방법을 결정하는 특성과 분자 과정에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다.

a, 호스트 관련 미생물은 자유 생활 단계에서 호스트 연합으로 전환하며, 후자는 호스트 진입, 지속성 및 방출로 구성됩니다. 6개의 P. lurida 개체군은 숙주 C. elegans(EVOhost)를 사용하거나 숙주를 대조군(EVOctrl) 없이 사용하여 이러한 단계에 걸쳐 10회 계대되었습니다. b, 숙주 적응 박테리아 개체군은 조상(양면 t-검정 및 FDR 보정 Tukey 사후 비교, 치료당 6회 반복)에 비해 체력(웜당 cfus로 제공)을 크게 증가시켰습니다. c, 진화된 박테리아는 선충 개체군 성장(양측 t-테스트, 처리당 6회 반복)에 의해 결정된 바와 같이 숙주에게 유익한 상태로 남아 있습니다. d, 주름진 콜로니 형태는 숙주 적응 중에만 나타나며 벌레 내에서 지배적입니다(치료 내 형태 풍부도 비교: 일반화 선형 모델 및 FDR 보정 Tukey 사후 테스트, 치료당 6회 반복). e, 진화된 숙주 전문 박테리아(적색 형광 dTomato 태그가 지정됨)는 벌레 장(청록색의 선충 장 세포에 있는 자가형광 소포)에 서식합니다. 스케일 바, 10μm. f, 숙주 관련 생활주기의 주요 특성에 대한 PCA(a)는 조상 박테리아와 비교하여 진화된 주름 숙주 전문가에 대한 뚜렷한 프로필을 나타냅니다(개별 특성 측정에 대해서는 보충 표 5 참조). b–d, 상자 그림은 중앙값(중심선), 상위 및 하위 사분위수(상자 한계) 및 사분위수 범위(수염)를 표시합니다.

우리는 Pseudomonas lurida 박테리아와 선충 숙주 Caenorhabditis elegans를 모델로 사용하여 통제된 실험적 진화를 통해 자유 생활에서 숙주 연합으로의 진화적 전환을 연구했습니다. 이 박테리아는 C. elegans5,6의 천연 미생물군에서 가끔 발견됩니다. 실험실 조건에서 P. lurida의 존재는 C. elegans의 개체군 성장률 증가와 관련이 있으며 병원균에 대한 보호를 제공할 수 있지만 숙주와 박테리아는 서로 없이 증식할 수 있으므로 서로 의존하지 않습니다5,7,8 . 숙주 적응 박테리아를 선택하기 위해 우리는 숙주 관련 단계가 있거나 없는 6개의 P. lurida 개체군을 연속적으로 계대배양했습니다(각각 그림 1a, EVOhost 또는 EVOctrl). 모든 개체군은 동일한 클론 조상으로부터 접종되었습니다. 숙주를 10번 통과한 후 박테리아는 숙주에서 조상보다 평균 5~10배 더 높은 박테리아 부하에 도달했는데, 이는 숙주에 노출되지 않고 진화했지만 동일한 조건을 가진 대조군에서는 관찰되지 않은 중요한 변화입니다(그림 1b 및 확장). 데이터 그림 1). 선충 개체수 증가(선충 적합성의 대리로 사용5)가 크게 변하지 않았지만 오히려 적응된 박테리아가 있는 경우 증가했기 때문에 증가된 박테리아 적합성은 숙주에게 비용이 들지 않았습니다(그림 1c).