夕法尼亞州立大學的研究人員發現，魷魚發光器官中的發光細菌需要兩個基因因子來控制一個關鍵基因的表達，殺死競爭的細菌細胞。這一發現闡明瞭不同菌株能夠在夏威夷短尾魷魚體內競爭並建立共生關係的分子機制。該研究在線發表在《 Journal of Bacteriology》，增加了我們對宿主微生物組構成的理解，並可能適用於人類更復雜的微生物組。
賓夕法尼亞州立大學生物化學和分子生物學助理教授、研究小組組長Tim Miyashiro說，“我們正在試圖瞭解在動物與微生物共生的背景下，細菌是如何相互作用的，有了許多這樣的共生體，宿主組織的表面就變成了一個生態系統，不同物種的細胞和細菌菌株相互作用，爭奪資源。我們知道其中一些細菌菌株具有攻擊和殺死其他菌株的能力，但我們不知道這種機制是如何進行遺傳調控的。”
當夏威夷短尾魷魚孵化時，周圍環境中的生物發光細菌開始佔據烏賊發光器官中被稱為隱窩的微小空間。 這些細菌在隱窩中找到了庇護所和營養豐富的環境，在那裡它們產生了藍色的光芒，研究人員認為這使夜間活動的烏賊不被捕食者發現。這種細菌的一些菌株，費氏弧菌（Vibrio fischeri），利用一種被稱為六型分泌系統(T6SS)的針狀機制向附近的細菌細胞注射毒素並殺死它們。 使用 T6SS 的菌株可以殺死隱窩中的敏感菌株，而沒有 T6SS 的菌株可以與其他菌株共生。
賓夕法尼亞州立大學博士後研究所的 Kirsten r. Guckes 說: “ VI 型系統存在於許多不同的細菌中，最初人們認為這主要是造成病原菌的毒性，例如，引起霍亂的霍亂弧菌（Vibrio cholerae）就使用它。但是，我們現在知道，有益細菌，如 V. fischeri，也使用 T6SS 殺死其他細菌。 由於 T6SS被認為是非常耗能的，這樣做可能會干擾細菌的繁殖和生物發光的能力，瞭解該系統的各部分是如何被調控的將有助於我們解釋宿主-共生體的關係和建立共生關係的因素。”
T6SS 的一個關鍵結構部分是 Hcp，由兩個功能性冗餘基因編碼。 研究小組發現 Hcp 的表達依賴於兩個因素: 交替 sigma 因子σ54和細菌增強子結合蛋白 VasH。此外，他們還發現，VasH 是細菌殺死其他細胞所必需的，它能調節 Hcp 在宿主體內的表達，這表明 T6SS 的表達是在共生過程中被調節的。
Miyasiro 說: “關於寄主環境可以刺激 VI 型系統表明，這個系統已經整合進了細菌與魷魚共生的發展過程中，因此，無論是否存在其他競爭細菌，這個系統對於建立共生關係都是重要的。 此外，我們可以將我們在這種相對簡單的宿主-共生體關係中所學到的知識應用於更復雜的微生物群落，比如人類腸道和皮膚中的微生物群落。”
https://jb.asm.org/content/early/2020/01/15/JB.00777-19
DOI: 10.1128/JB.00777-19
新聞報道：
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-03/ps-grf030620.php
http://science.psu.edu/news/Miyashiro3-2020
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