研究文章

宿主监测铜绿假单胞菌感染期间的群体感应

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科学 2019年12月20日:
卷 366,发行号6472,eaaw1629
DOI:10.1126 / science.aaw1629

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监视细菌信号

许多细菌会产生小分子来监视种群密度,从而调节其集体行为,这一过程称为群体感应。 像铜绿假单胞菌这样的病原体使囊性纤维化病复杂化,在感染的不同阶段会产生不同的群体感应配体。 Moura-Alves 等。 在人类细胞,斑马鱼和小鼠中进行的实验表明,宿主生物可以窃听这些细菌的对话。 宿主传感器对细菌群体感应分子的反应不同,以激活或抑制不同的反应途径。 “侦听”细菌信号传导的能力为宿主提供了微调生理上昂贵的免疫反应的能力。

科学 ,本期p。 eaaw1629

结构化摘要

介绍

细菌病原体与其宿主之间的相互作用可以看作是一场“军备竞赛”,其中每个参与者不断地响应另一伙伴的进化策略。 通过称为群体感应(QS)的依赖于密度的细胞间通信,提供了一种使细菌快速适应这种变化环境的机制。 QS涉及信号分子的层次结构,在致病细菌中与生物膜形成和毒力调节有关。 值得注意的是,宿主会检测到一些QS分子,这些分子会引发特定的免疫反应。 但是,宿主用于窃听细菌的受体及其信号传导途径仍然知之甚少。

理据

我们假设,如果宿主传感器可以检测并区分细菌QS分子及其表达模式,它将使宿主根据感染的阶段和状态自定义其免疫反应。 我们最近发现,芳烃受体(AhR)直接识别色素细菌的致病因子,例如铜绿假单胞菌产生的吩嗪,它们是QS的下游产物。 结合吩嗪后,AhR会引发多种免疫反应,从而协调宿主对感染的抵抗力。 由于其具有检测多种配体的能力,我们推测宿主AhR处于侦查细菌通讯,连续监测细菌感染动态的良好位置,并根据宿主的状态向宿主发出信号以调节免疫反应。感染。

结果

我们的结果表明,感染的宿主在斑马鱼,小鼠和人类细胞中的铜绿假单胞菌感染过程中显示出宿主AhR信号的差异调节。 AhR信号依赖于几种铜绿假单胞菌 QS分子的相对丰度,包括高丝氨酸内酯(例如N -3-氧代十二烷酰基高丝氨酸内酯),喹诺酮类(例如4-羟基-2-庚基喹啉)和吩嗪(例如,花青素)。 体外和体内 研究表明,AhR不仅可以定性检测铜绿假单胞菌 QS分子,还可以定量检测其相对丰度。 定量评估使宿主能够感知可能具有不同基因表达程序和感染动态的细菌群落密度,从而调节宿主防御机制的规模和强度,其防御范围从诱导炎症介质到免疫细胞募集和细菌清除。

结论

我们的发现强调了宿主AhR作为宿主防御反应的主要调节者的关键作用,它能够根据感染和疾病的阶段调节免疫力。 通过抑制大量和无关紧要的免疫反应,宿主可以抵消感染的某些有害影响并避免附带损害。 我们建议对细菌传播的宿主监测不仅允许在能量消耗和宿主的有效防御之间进行权衡,而且还可以在能量消耗与病原体中的毒力之间进行权衡。

QS不仅限于铜绿假单胞菌 ,而且我们推测宿主对细菌QS的监测可能是一种普遍现象。 已经尝试了不同的治疗铜绿假单胞菌 QS的治疗策略,包括针对严重受该病原体困扰的囊性纤维化患者的适应性治疗方案。 更好地了解宿主AhR与细菌QS之间的串扰可以为治疗感染性疾病的特定于宿主的定向疗法铺平道路,不仅针对感染的类型,还针对疾病的特定阶段。

宿主芳基烃受体(AhR)的雷达下的细菌通讯。

AhR监视细菌传播并将细菌信号传导词汇转换为最合适的宿主防御系统。 细菌群体感应分子(例如高丝氨酸内酯,喹诺酮和吩嗪)的表达根据社区密度和感染状态而变化。 AhR可以检测群体感应分子的类型和数量,从而检测感染状态,从而调整宿主防御能力。

抽象

铜绿假单胞菌通过群体感应(QS)快速适应变化的条件,群体感应是一种通信系统,可通过信号分子的产生,释放和检测共同改变其行为。 QS分子也可以被宿主感知,尽管对各自的受体和信号传导途径知之甚少。 我们描述了由芳烃受体(AhR)在宿主中的调控模式,这主要取决于铜绿假单胞菌定性和定性检测。 QS分子与AhR结合并明显调节其活性。 这反映在感染了从不同生长阶段收集的铜绿假单胞菌和QS突变体后。 我们建议通过监视细菌群体,AhR充当感染动态的主要传感器,能够根据感染的状态来协调宿主防御。

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