【原】【LorMe周刊】合作共赢：细菌间互作帮助共同抵御捕食

作者：宋宇琦，南京农业大学博士在读，主要研究根际原生动物和根际健康。

周刊主要展示LorMe团队成员优秀周报，每周定期为您奉上学术盛宴！本期周刊介绍细菌通过合作抵御原生动物盘基网柄菌的捕食。原文于2021年发表在《PNAS》上。

导读

许多复杂的微生物性状只能通过与其他生物的合作才能表现，这是自然微生物群落中的普遍现象。微生物分泌的小分子或天然产物通常在其相互作用中起着重要作用。例如，被称为群体感应信号的化学产物可以作为媒介协调群落功能，此外细菌产生的抵御性化合物可以参与到保护宿主免受寄生虫、病原菌或者其他微生物竞争者的入侵。本研究以原生动物盘基网柄菌（Dictyostelium discoideum）及从其栖息地分离出的细菌为材料，证实了单独培养时不能抵御盘基网柄菌捕食的两株细菌，共培养时通过特征互补可以抵御其捕食。

主要结果

首先测定了分离出的58株细菌抵御原生动物捕食的能力，结果发现其中30株细菌可抵御捕食，其余28株易被捕食。基于16s rRNA测序的系统发育分析表明，抵御捕食性状并非任何特定细菌群所独有（图1）。由于对捕食者的抵御往往出现在个体成员易受攻击的多微生物群落中，因此对易被捕食的菌株组合抵御捕食能力进行了测试，最终得出11种组合可以抵御捕食，这11种组合总是由假单胞菌与一株多粘芽孢杆菌SZ31组成。

图1 分离菌株的系统发育树。

为了探究次级代谢组，分别对SZ31和11种假单胞菌进行共培养并进行液相色谱-质谱分析，尤其注意其中是否出现了新且可能对原生动物有毒性的天然产物。结果只有在假单胞菌SZ57与多粘芽孢杆菌SZ31共培养时发现了新物质丁香素的产生（图2）。

图2 左图是SZ57和SZ31单独培养与共培养时提取物的HPLC图谱，红色部分代表从固体培养基上鉴定的裂解产物，蓝色部分是从液体培养基中鉴定的裂解产物。右图是在SZ57的培养物中检测到丁香素A和C。丁香素A-1和C-1在液体培养基中产生，而丁香素X-3、X-4和X-7(X=A或C) 在固体培养基中观察到。

接下来确定丁香素在共培养中是如何降解的。首先向SZ31的培养物中添加丁香素，其可以抵御原生动物的捕食，但其他易被捕食细菌则没有这种效果。结合降解产物的结构分析，推测是多粘芽孢杆菌SZ31产生的DL-羧肽酶和/或其他肽酶来降解丁香素（图3）。

图3 多粘芽孢杆菌的转录组学分析。在 KB 肉汤中，SZ31 用 10 µg⋅mL ^-1丁香素处理，未用丁香素处理作为对照。两条垂直虚线描绘了倍数变化边界，在该边界之上和之下，基因相对于对照的表达增加或减少超过两倍。单条水平虚线表示转录的倍数变化显着高于该阈值。显示了显着上调或下调的预测肽酶（绿色）和蛋白酶（橙色）。所有其他注释基因以灰色显示。

结论

本研究描述了系统发育距离较远的细菌间协同相互作用，使它们能够抵御原生动物的捕食。这种作用的潜在机制为假单胞菌产生的脂肽和丁香素诱导多粘芽孢杆菌中肽酶的产生，这又导致丁香素的降解。丁香素本身对原生动物没有毒性，但各种丁香素降解产物的混合物对原生动物产生毒性。因此，将易被捕食的细菌菌株转化为可抵御捕食的菌株，是群落成员特征互补的结果。

论文信息

原名：Lipopeptide-mediated bacterial interaction enables cooperative predator defense

译名：脂肽介导的细菌相互作用使协同抵御捕食成为可能

期刊：PNAS

发表时间：2021

通讯作者：Pierre Stallforth

通讯作者单位：德国莱布尼茨研究所