Cell：霍亂弧菌僅需改變形狀就可提高感染力
日期：2017-01-17 10:02:08
根據一項新的研究，來自美國普林斯頓大學、斯坦福大學、印第安納大學和中國南京農業大學的研究人員發現導致危及生命的霍亂疾病的細菌可能通過協調一波大規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，從而引發感染。
研究人員發現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菌發生扭擺，隨后逃進腸道內壁的保護性粘膜中。他們報道改變形狀的蛋白---他們命名為CrvA---的表達是通過群體感應（quorum sensing）過程而被激活的。在這個過程中，細菌彼此之間相互溝通，協同感染。相關研究結果發表在2017年1月12日那期Cell期刊上，論文標題為“A Periplasmic Polymer Curves Vibrio cholerae and Promotes Pathogenesis”。
在實驗中，研究人員發現彎曲的霍亂弧菌細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、普林斯頓大學分子生物學教授Zemer Gitai說，如果形狀在霍亂弧菌感染中發揮著關鍵性的作用，那么人們就可能能夠開發阻止這種細菌改變形狀的能力或者改變病人的腸道從而讓這種細菌不能夠感染它的霍亂療法。每年，全世界上百萬人患上霍亂，導致上千人死亡（主要是死于脫水）。在清潔的水源比較稀缺的地方，如發展中國家、戰區和受到自然災難影響的區域，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去解決。”
這項研究發現CrvA蛋白絲在霍亂弧菌的一邊上組裝，形成一種硬的聚合物，從而阻止這種細菌在這一邊上的生長。這種細菌的另一邊生長得更快，從而導致彎曲的形狀。研究人員發現CrvA表達是通過群體感應激活的，因此，當細菌群體密度增加時，它的表達也會增加。這種細菌利用群體感應在彼此之間發出警報：它們的環境已由水---在那里，有利于桿狀形狀形成---改變為宿主腸道。
論文第一作者、Gitai研究團隊研究生Thomas Bartlett說，總體而言，這些發現提示著細菌導致的疾病可能主要取決于這種細菌本身的生理學特征和它們與環境之間的相互作用。他說，比如，所有彎曲的弧菌屬細菌物種（包括在未煮熟的海鮮食物中發現的能夠導致嚴重疾病的創傷弧菌）都表達蛋白CrvA。
Bartlett說，細菌進化出特定的性狀以便在它們理想的環境（比如腸道）中存活下來。Gitai團隊在2014年發表的一項研究已發現良性細菌新月柄桿菌（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化的，但是它們實際上是非常相似的。在這兩種細菌中，它們的彎曲形狀允許它們處理它們生活的環境的流體力學性質。”
顯著的是，研究人員發現CrvA位于周質（periplasm）--在霍亂弧菌等革蘭氏陰性菌外膜和內膜之間的一個細胞區室---中。盡管細菌利用其它的蛋白絲呈現出多種形狀，但是CrvA首個在周質中發現的具有這種功能的蛋白絲。從治療角度而言，周質要比細菌的內部（即細胞質）更容易接近。
在這項研究中，研究人員開發出一種被稱作小囊結構重塑定量分析（Quantitative Analysis of Sacculus Architecture Remodeling, QuASAR）的計算機程序來理解在周質的狹小空間中CrvA如何發揮功能。
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