霍亂弧菌僅需改變形狀就可提高感染力

根據(jù)一項新的研究，來自美國普林斯頓大學(xué)、斯坦福大學(xué)、印第安納大學(xué)和中國南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致危及生命的霍亂疾病的細(xì)菌可能通過協(xié)調(diào)一波大規(guī)模的形狀改變而允許它們更加有效地侵入它們的不知情受害者的腸道，從而引發(fā)感染。

研究人員發(fā)現(xiàn)允許霍亂弧菌變成彎曲形狀的蛋白，這種彎曲形狀很可能允許這種細(xì)菌發(fā)生扭擺，隨后逃進(jìn)腸道內(nèi)壁的保護(hù)性粘膜中。他們報道改變形狀的蛋白---他們命名為CrvA---的表達(dá)是通過群體感應(yīng)（quorum sensing）過程而被激活的。在這個過程中，細(xì)菌彼此之間相互溝通，協(xié)同感染。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2017年1月12日那期Cell期刊上，論文標(biāo)題為“A Periplasmic Polymer Curves Vibrio cholerae and Promotes Pathogenesis”。

在實驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)彎曲的霍亂弧菌細(xì)胞能夠更加容易地在厚厚的凝膠中遷移。另一方面，他們的研究也表明直桿狀的霍亂弧菌不能那么有效地感染宿主。

論文通信作者、普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)教授Zemer Gitai說，如果形狀在霍亂弧菌感染中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，那么人們就可能能夠開發(fā)阻止這種細(xì)菌改變形狀的能力或者改變病人的腸道從而讓這種細(xì)菌不能夠感染它的霍亂療法。每年，*上百萬人患上霍亂，導(dǎo)致上千人死亡（主要是死于脫水）。在清潔的水源比較稀缺的地方，如發(fā)展中國家、戰(zhàn)區(qū)和受到自然災(zāi)難影響的區(qū)域，霍亂尤為猖獗。

Gitai說，“我們知道如果霍亂弧菌不能夠彎曲的話，那么它就不能夠讓動物患病。這提示著如果我們能夠阻止它們發(fā)生彎曲的話，那么這就會限制它們讓人們患病的能力。它是如何做到這一點的仍然需要人們?nèi)ソ鉀Q。”

這項研究發(fā)現(xiàn)CrvA蛋白絲在霍亂弧菌的一邊上組裝，形成一種硬的聚合物，從而阻止這種細(xì)菌在這一邊上的生長。這種細(xì)菌的另一邊生長得更快，從而導(dǎo)致彎曲的形狀。研究人員發(fā)現(xiàn)CrvA表達(dá)是通過群體感應(yīng)激活的，因此，當(dāng)細(xì)菌群體密度增加時，它的表達(dá)也會增加。這種細(xì)菌利用群體感應(yīng)在彼此之間發(fā)出警報：它們的環(huán)境已由水---在那里，有利于桿狀形狀形成---改變?yōu)樗拗髂c道。

論文*作者、Gitai研究團隊研究生Thomas Bartlett說，總體而言，這些發(fā)現(xiàn)提示著細(xì)菌導(dǎo)致的疾病可能主要取決于這種細(xì)菌本身的生理學(xué)特征和它們與環(huán)境之間的相互作用。他說，比如，所有彎曲的弧菌屬細(xì)菌物種（包括在未煮熟的海鮮食物中發(fā)現(xiàn)的能夠?qū)е聡?yán)重疾病的創(chuàng)傷弧菌）都表達(dá)蛋白CrvA。

Bartlett說，細(xì)菌進(jìn)化出特定的性狀以便在它們理想的環(huán)境（比如腸道）中存活下來。Gitai團隊在2014年發(fā)表的一項研究已發(fā)現(xiàn)良性細(xì)菌新月柄桿菌（Caulobacter crescentus）的神秘彎曲形狀有助它們更好地抵抗它們生長的湖泊、池塘和溪水中的水流。

Bartlett說，“霍亂弧菌和新月柄桿菌存在足夠大的不同以至于它們看起來是獨立進(jìn)化的，但是它們實際上是非常相似的。在這兩種細(xì)菌中，它們的彎曲形狀允許它們處理它們生活的環(huán)境的流體力學(xué)性質(zhì)。”

顯著的是，研究人員發(fā)現(xiàn)CrvA位于周質(zhì)（periplasm）--在霍亂弧菌等革蘭氏陰性菌外膜和內(nèi)膜之間的一個細(xì)胞區(qū)室---中。盡管細(xì)菌利用其它的蛋白絲呈現(xiàn)出多種形狀，但是CrvA*在周質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的具有這種功能的蛋白絲。從治療角度而言，周質(zhì)要比細(xì)菌的內(nèi)部（即細(xì)胞質(zhì)）更容易接近。

在這項研究中，研究人員開發(fā)出一種被稱作小囊結(jié)構(gòu)重塑定量分析（Quantitative Analysis of Sacculus Architecture Remodeling, QuASAR）的計算機程序來理解在周質(zhì)的狹小空間中CrvA如何發(fā)揮功能。