장내 세균은 경쟁사의 무기를 무력화하기 위해 유전자를 전달합니다.

박테리아는 서로 유전적 요소를 공유함으로써 인간의 장에서 빠르게 진화합니다. 박테리오데일은 수백 개의 유전적 요소를 거래하는 다산성 장내 박테리아 목입니다. 그러나 이러한 DNA 전이가 박테리아나 숙주의 적합성에 미치는 영향에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다.

시카고 대학의 새로운 연구에 따르면, 크고 어디에나 있는 이동성 유전적 요소가 인간 장의 흔한 박테리아인 Bacteroides fragilis 의 적대적인 무기를 변화시킨다는 것이 밝혀졌습니다. 이 요소를 획득하면 B. fragilis 의 강력한 무기가 꺼지지 만, DNA를 기증한 균주가 보호받는 새로운 무기를 갖게 됩니다. 이러한 무기는 박테리아가 장의 빽빽한 움푹 들어간 곳에서 틈새를 파헤치는 데 도움이 됩니다.

시카고대 미생물학과 교수이자 Duchossois Family Institute 회원인 Laurie Comstock 박사는 새로운 연구의 수석 저자로, 10년 이상 Bacteroidales의 다양한 길항적 메커니즘과 DNA를 전달하는 방식을 연구해 왔습니다. 그녀는 "이 유기체는 DNA 전달을 통해 빠르게 진화합니다. 정말 놀랍습니다."라고 말했습니다. "우리는 일부 B. fragilis 균주가 무기를 발사할 수 없다는 것을 알고 있었지만, 그것이 큰 이동성 유전적 요소의 획득 때문이라는 것을 알았을 때, 우리는 흥미로운 것을 발견했다는 것을 알았습니다."

"편재하는 이동성 유전적 요소가 인간 장내 공생체의 적대적 무기를 변화시킨다"라는 제목의 이 연구는 10월 24일 Science 에 게재되었습니다.

스프링이 장착된 독이 묻은 창

많은 박테로이드 종은 독소를 생성하여 주변 박테리아를 죽일 수 있습니다. 이러한 독소 중 일부는 박테리아 세포에서 주변 환경으로 확산되어 근처의 민감한 균주를 죽입니다. 또 다른 무기는 6형 분비 시스템(T6SS)으로, 독소가 들어 있는 뾰족한 스프링이 장착된 튜브를 포함하는 나노머신입니다. 발사하면 독이 묻은 창처럼 주변 세포에 직접 독소를 주입합니다.

Bacteroidales T6SS는 세 가지 다른 유형 또는 유전적 구조로 제공됩니다. 그 중 하나인 유전적 구조 3(GA3)은 B. fragilis 에만 존재 하며 다른 Bacteroidales 종을 죽이는 데 매우 효과적입니다. 다른 두 유형인 GA1과 GA2는 통합 및 결합 요소(ICE)라고 하는 대형 이동성 유전 요소에 포함된 유전자에 의해 인코딩됩니다. 이러한 GA1 및 GA2 ICE는 전 세계 인간의 장에서 Bacteroidales 종 간에 빠르게 전이되고 있습니다. 그러나 과학자들은 아직 GA3 T6SS에서 관찰한 것과 동일한 치사적 효능을 GA1 및 GA2 T6SS에서 관찰하지 못했습니다.

"GA1 T6SS ICE를 함유한 ICE는 인간 개체군을 통과하며 사람의 장 내에 있는 수많은 Bacteroidales 종으로 빠르게 전이됩니다."라고 Comstock은 말했습니다.

Comstock의 팀은 GA3 T6SS를 가지고 있거나 GA3와 GA1 ICE를 모두 가지고 있는 천연 B. fragilis 분리주를 연구하기 시작했습니다. ICE를 모두 가지고 있는 분리주는 더 이상 GA3 무기를 발사하지 않았고 다른 Bacteriodales 종을 더 이상 죽일 수 없었습니다. 이것이 이러한 균주에 GA1 ICE를 추가했기 때문이라는 것을 보여주기 위해, 그들은 GA1 ICE를 GA3 T6SS만 있는 B. fragilis 균주로 옮겼고, 그 결과로 생긴 새로운 균주 또는 "트랜스콘주간트"도 마찬가지로 GA3 T6SS로 다른 균주를 길항할 수 없다는 것을 보여주었습니다.

그런 다음 연구자들은 GA1 ICE의 일부를 삭제하여 116킬로베이스 ICE의 어느 영역이 GA3 무기를 차단하는지 확인했습니다. 그들은 GA1 나노머신의 막 복합체를 인코딩하는 GA1 T6SS 영역의 일부가 GA3 T6SS 발사를 막는다는 것을 발견했습니다.

다음으로, 연구팀은 이 균주들이 포유류 장에서 어떻게 경쟁하는지 보고 싶었습니다. 그들은 무균(무균) 마우스에 등유전자성 야생형 B. fragilis (GA3 T6SS만)와 GA3/GA1 ICE 접합체를 같은 수로 경구 접종했습니다. 접합체는 마우스에서 야생형 균주를 빠르게 능가했습니다. 연구자들은 이 경쟁이 GA1 T6SS를 사용한 길항 작용 때문이라는 것을 보여주었고, 이는 GA1 T6SS의 강력한 길항 작용을 처음으로 입증한 것입니다.

"GA1을 함유한 균주가 길항적일지 몰랐기 때문에, 우리는 조상인 GA3 균주가 장에서 그 싸움에서 이길 것이라고 생각했습니다."라고 컴스탁은 말했습니다. "하지만 사실은 그렇지 않았습니다."

편을 바꿔서 수비에 나서다

이 실험에서 가장 예상치 못한 발견은 마우스 장에서 GA3 T6SS가 전혀 만들어지지 않았다는 것입니다. 그들은 나중에 GA1 ICE에 있는 유전자가 전사 억제자를 인코딩하여 전체 GA3 T6SS의 전사를 중단하고 GA1 T6SS를 더 잘 생산할 수 있음을 보여주었습니다.

이 DNA 요소의 전이의 전반적인 효과는 장내 미생물 군집에 영향을 미칩니다. GA1 ICE를 함유한 Bacteroidales 균주는 B. fragilis GA3 T6SS에 의해 죽지만, 이 균주 중 하나가 GA1 ICE를 공격하는 B. fragilis 균주 로 전이할 수 있다면, 선조 B. fragilis 균주를 능가하는 균주를 만들어냅니다. 이 새로운 균주는 더 이상 기증 균주를 표적으로 삼지 않으며 GA1 T6SS를 사용하여 다른 Bacteroidales 균주의 침입으로부터 생태계를 공동으로 방어할 수도 있습니다.

콤스톡은 박테로이드류의 이동성 유전적 요소에 자주 전달되는 다양한 전사 억제제 계열과 수용 균주에서의 효과에 대한 연구를 계속할 계획입니다.

"이 전사 억제제 계열은 특정 리간드에 결합하면 비활성화될 수 있습니다. 우리는 장에서 그들의 활동을 억제하는 리간드를 식별하고 싶습니다."라고 그녀는 말했습니다.

이 연구는 또한 마우스 장에서 GA1 ICE 전이가 빠르게 일어나서 트랜스콘주간트가 집단의 큰 구성 요소가 되는 데 도움이 되었다는 것을 보여주었습니다. 이는 치료제를 위한 박테리아의 합성 컨소시엄을 만드는 연구자들이 유전자 전이의 효과를 설명해야 한다는 것을 시사합니다.

"박테리아가 생물 치료제로서 컨소시엄에 포함되도록 선정됨에 따라, 해로운 영향을 미칠 수 있는 어떤 것도 이들 균주 내외부로 전파되지 않도록 보호하는 것이 중요합니다."라고 컴스톡은 말했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241024145236.htm