遗传冗余有助于细菌与鱿鱼共生

许多细菌用来杀死相邻细胞的分子机制在其基因组成中具有冗余，这可以允许该机制在不同环境中表达。一些竞争定殖夏威夷短尾鱿鱼的光器官的发光细菌菌株使用“VI型分泌系统(T6SS)”杀死不同细菌菌株的附近细胞。宾夕法尼亚州立大学和威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员现在已经证明，这些细菌的基因组包含T6SS所需基因的两个拷贝，并且当该基因的任一拷贝被禁用时系统仍然有效，但不是两者都有效。

一篇描述该研究的论文在细菌学杂志的网络版上发表，该论文提供了对微生物组中细菌之间竞争的分子机制的见解。

“包括人类在内的许多生物从环境中获取细菌，”宾夕法尼亚州立大学生物化学和分子生物学助理教授，研究团队负责人Tim Miyashiro说。“这些细菌可以促进宿主生物体内的功能，就像我们的肠道细菌如何帮助我们消化食物。我们感兴趣的是细菌细胞之间以及细菌与宿主之间的动态相互作用，以更好地理解这些互利的共生关系。”

生物发光物种海洋细菌Vibrio fisheri的细胞在新孵化的短尾鱿鱼的光器官中居住。到了晚上，这种细菌产生了蓝色的光芒，研究人员认为它可以掩盖鱿鱼的轮廓，并有助于保护它免受掠食者的伤害。光器官在鱿鱼的皮肤上有口袋或隐窝，为细菌提供营养和安全的环境。

夏威夷短尾鱿鱼的光器官与隐窝空间被荧光标记的费氏弧菌(Vibrio fischeri)种群定植。虚线勾勒出各个隐藏空间。图片来源：Kirsten R. Guckes

“当鱿鱼孵化时，它的光器官中还没有任何细菌，”宫城说。“环境中的细菌迅速在鱿鱼的光器官中定殖。每个隐窝最初可以被几种不同的菌株占据。这些不同的细菌菌株中的一些可以共存，但其他细菌 - 使用T6SS系统的细菌 - 杀死其他菌株的细胞。”

在实验室中，研究人员可以控制孵化鱿鱼环境中存在哪些细菌菌株并研究它们之间的相互作用。V. fisheri的一种称为FQ-A001的菌株使用T6SS系统。如果该菌株占据了不使用T6SS系统的菌株细胞的隐窝，它可以杀死这些细胞并完全接管隐窝。的T6SS系统，其在许多细菌的基因组的簇编码的基因，工程几乎像一个皮下注射针头可注射毒素进入相邻小区。

“我们在T6SS群集中禁用了一种名为hcp的基因来研究其在FQ-A001杀灭其他细菌的能力中的作用”Miyashiro说。“hcp基因编码的蛋白质构成了T6SS系统结构的一部分，也是该系统分泌的杀死其他细胞的分子之一。因此，我们惊讶于T6SS系统仍在这些细菌中发挥作用。”

研究人员随后在FQ-A001基因组中的T6SS基因簇外定位了另一个hcp基因拷贝，编码了相同的蛋白质。禁用该基因拷贝，称为hcp1，对细菌杀死其他细胞的能力也没有影响。但是当研究人员禁用hcp基因的两个拷贝时，T6SS系统就不再起作用，FQ-A001细菌可以与短尾鱿鱼的光器官中的其他菌株共存。研究人员还可以通过诱导FQ-A001细菌中的Hcp表达来拯救T6SS功能，其中两种hcp的天然拷贝均被禁用。

“两个拷贝的hcp基因似乎完全在功能上是多余的，”宫城说。“了解这一点有助于我们更好地理解建立细菌与宿主之间共生关系的分子机制。”

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