研究表明常見(jiàn)的真菌如何在不同宿主環(huán)境中獲得靈活性
中國(guó)微生物菌種查詢網(wǎng) / 2019-04-27 11:20:13
真菌白色念珠菌存在于大約一半健康成人的胃腸道中，幾乎沒(méi)有效果，但它也會(huì)導(dǎo)致免疫系統(tǒng)受損的患者(包括艾滋病毒/艾滋病患者)感染致命的血液。布朗大學(xué)的新研究有助于展示這種真菌如何在這些截然不同的環(huán)境中獲得靈活性。
研究發(fā)現(xiàn)，真菌的患者樣本經(jīng)常缺少一個(gè)基因拷貝，作為一個(gè)重要的主要調(diào)節(jié)因子。在實(shí)驗(yàn)室中，這些細(xì)胞可以通過(guò)丟失另一個(gè)拷貝定期切換到具有不同的特征或表型。具有一個(gè)或兩個(gè)主調(diào)節(jié)劑拷貝的細(xì)胞呈現(xiàn)白色并且在血液感染中毒性更強(qiáng)，而缺乏這兩個(gè)拷貝的細(xì)胞產(chǎn)生可在胃腸道中占優(yōu)勢(shì)的“灰色”集落。
“微生物物種的多樣性可以保護(hù)它們免受環(huán)境變化的影響，”布朗分子微生物學(xué)和免疫學(xué)系教授理查德貝內(nèi)特說(shuō)。“如果它們具有多樣性，細(xì)胞亞群可能能夠適應(yīng)，即使其他人群不能。我們發(fā)現(xiàn)一些白色念珠菌樣本可以轉(zhuǎn)換表型，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)攜帶了一個(gè)基因的一個(gè)滅活拷貝。遺傳熱點(diǎn)?！?br />
該研究于2月26日星期二在Cell Host和Microbe雜志上發(fā)表。
Bennett說(shuō)，基因突變的熱點(diǎn)是一種新的，有些令人驚訝的致病真菌獲得性狀多樣性的機(jī)制，但其機(jī)制在細(xì)菌中眾所周知。這種特性有助于念珠菌適應(yīng)不同的宿主環(huán)境。
例如，念珠菌真菌可以在40%至60%的健康成人的胃腸道中發(fā)現(xiàn)，幾乎沒(méi)有效果。它還可能導(dǎo)致煩人的酵母感染和口腔鵝口瘡。另一方面，在免疫系統(tǒng)受損的個(gè)體中 - 例如那些患有艾滋病，正在接受化療或準(zhǔn)備器官移植的人 - 念珠菌可以進(jìn)入血液。貝內(nèi)特說(shuō)，這種嚴(yán)重的感染在40%到60%的病例中是致命的，因?yàn)樗茈y治療。
突變熱點(diǎn)
Brown的病理生物學(xué)項(xiàng)目的博士生Shen-Huan Liang觀察了來(lái)自患者的63種不同樣本，包括來(lái)自胃腸道，口腔鵝口瘡和致病性血流感染的樣本。她發(fā)現(xiàn)其中7個(gè)菌株 - 超過(guò)10% - 缺少一個(gè)或兩個(gè)拷貝的特定主調(diào)節(jié)因子EFG1。EFG1是一種調(diào)節(jié)特性的蛋白質(zhì)，例如毒力，代謝和作為單細(xì)胞酵母或多細(xì)胞細(xì)絲生長(zhǎng)之間的轉(zhuǎn)換。
即使EFG1有助于念珠菌的感染性，但缺乏這兩種病毒的菌株之一來(lái)自血液感染。另一個(gè)來(lái)自患有口腔鵝口瘡的患者。當(dāng)在特殊瓊脂上生長(zhǎng)時(shí)，兩種臨床菌株都顯得“灰色”。五株菌具有該基因的一個(gè)拷貝并且呈現(xiàn)白色，但在高達(dá)10%的子代菌落中轉(zhuǎn)變?yōu)榛疑珷顟B(tài)。研究小組發(fā)現(xiàn)了許多破壞基因功能的不同DNA突變。該基因含有至少四個(gè)重復(fù)DNA序列區(qū)域，Bennett建議這可能使其成為基因突變的熱點(diǎn)。
“EFG1基因似乎是許多白色念珠菌生物學(xué)的核心，因此它不斷受到突變的影響，”貝內(nèi)特說(shuō)。“有趣的是，這些重復(fù)序列可以很容易地突變，失去這個(gè)基因顯然提供了某種選擇性優(yōu)勢(shì)?！?br />
通常認(rèn)為對(duì)關(guān)鍵基因的突變是非常有害的。然而，在這種情況下，它可能有點(diǎn)像人類(lèi)鐮狀細(xì)胞性狀雜合的好處，Bennett說(shuō)。具有一個(gè)正?？截惖难t蛋白基因和一個(gè)鐮狀細(xì)胞突變拷貝的人比具有兩個(gè)正常拷貝的基因的人更能抵抗瘧疾。然而，患有鐮狀細(xì)胞突變的兩個(gè)拷貝的人患有鐮狀細(xì)胞性貧血并且患有關(guān)節(jié)和腹痛，貧血和免疫系統(tǒng)減弱，所以他補(bǔ)充說(shuō)這可能是微妙的平衡。
在研究白色念珠菌時(shí)，研究小組想確定缺少一個(gè)基因拷貝是否提供了一種在小鼠胃腸道中具有進(jìn)化優(yōu)勢(shì)的菌株。為了測(cè)試這一點(diǎn)，研究人員將一種菌株與50:50比例的EFG1拷貝與缺少一個(gè)拷貝的菌株結(jié)合，并將混合物引入小鼠腸道。然后研究人員在幾周內(nèi)分析了動(dòng)物排泄物中存在的真菌細(xì)胞。在2至6天后，來(lái)自缺少一個(gè)主調(diào)節(jié)劑拷貝的菌株的一些細(xì)胞丟失了第二個(gè)拷貝，然后得到的灰色細(xì)胞在群體中占優(yōu)勢(shì)。
研究人員還進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，他們引入了一個(gè)僅包含一個(gè)主調(diào)節(jié)劑拷貝的患者菌株。這些細(xì)胞最初是白色的，但最終丟失了EFG1的另一個(gè)拷貝并變成了灰色。這些新的灰色細(xì)胞再次接管了腸道的定植。
最后，該團(tuán)隊(duì)測(cè)試了各種菌株在血流感染中的競(jìng)爭(zhēng)力。在這種不同的環(huán)境中，他們發(fā)現(xiàn)缺乏EFG1基因拷貝的菌株在缺乏一個(gè)拷貝的菌株中主要在腎臟，脾臟和肝臟中，即使前者對(duì)宿主的致命性較低。研究人員能夠區(qū)分不同組織的有效定植與殺死宿主的感染。
Bennett告誡說(shuō)，這項(xiàng)研究只關(guān)注在培養(yǎng)皿和小鼠中失去EFG1。將來(lái)，他希望與臨床醫(yī)生合作，從患者身上收集更多的真菌樣本 - 來(lái)自不同的感染器官和胃腸道 - 并且在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)。這將更好地理解白色念珠菌如何適應(yīng)患者體內(nèi)的不同環(huán)境，EFG1突變?cè)诓煌颊咧械淖饔靡约安煌瑏喨旱恼婢鷮?duì)治療的反應(yīng)。
Bennett繼續(xù)在實(shí)驗(yàn)室中表示，他希望研究突變熱點(diǎn)的細(xì)節(jié)，包括測(cè)量熱點(diǎn)突變與基因組其他部分相比的確切頻率，并確定這些突變的機(jī)制。
“對(duì)于所有微生物學(xué)家來(lái)說(shuō)，一個(gè)很大的問(wèn)題是：'整個(gè)物種的單一分離物或單個(gè)細(xì)胞的代表性如何?'”Bennett說(shuō)。“我們已經(jīng)了解到，研究一種分離物是一個(gè)很好的起點(diǎn)，但不是全局，特別是當(dāng)你談?wù)撐⑸飼r(shí)?！?br />