バクテリアc

Nature Microbiology (2023)この記事を引用

37 オルトメトリック

メトリクスの詳細

ほとんどの微生物は宿主よりも速く進化するため、宿主と微生物の相互作用の進化を促進するはずです。 しかし、微生物の宿主会合への適応経路を定義する特徴についてはほとんど知られていません。 今回我々は、線虫Caenorhabditis elegansを宿主として自由生活細菌Pseudomonas luridaを実験的に進化させることにより、宿主への適応を仲介する微生物の形質を同定した。 10回の継代後、我々は有益な宿主特化型細菌の進化を繰り返し観察し、線虫内での持続性の向上とバイオフィルム形成の増加とが関連した。 全ゲノム配列決定により、細菌のセカンドメッセンジャーである環状ジグアニル酸（c-di-GMP）を均一に上方制御する変異が明らかになった。 続いて、さまざまなシュードモナス菌株および種において c-di-GMP が上方制御された変異体を生成し、これにより一貫して宿主結合が増加しました。 さまざまな環境からのシュードモナスのゲノムを比較すると、c-di-GMP が植物から人間に至るさまざまな宿主への適応の基礎となっていることが明らかになりました。 この研究は、c-di-GMP が宿主結合を確立するための基礎であることを示しています。

宿主関連微生物は、植物や動物の宿主の生理学的機能と適応度に重要な影響を与えます1、2、3。 これらの宿主と微生物叢の相互作用は、微生物叢を介した宿主の機能に焦点を当て、宿主中心の視点を使用して研究されることがよくあります。 この見解は、ほとんどの微生物は、世代時間が短く、突然変異率が高いため、宿主よりも速く進化し、したがって微生物の適応度の向上が関連を不釣り合いに促進する可能性があるという重要な事実を無視しています4。 宿主と微生物の関連性の進化における重要なステップは、自由生活細菌が宿主に確実に侵入し、存続し、最終的には環境中に放出されて新しい宿主に定着することを可能にする、より特殊な相互作用の出現です (図 1a)4 。 これまでのところ、細菌が宿主とのそのような関係にどのように適応するかを決定する形質や分子プロセスについてはほとんど知られていない。

a、宿主関連微生物は、自由生活期から宿主会合に移行し、後者は宿主の侵入、存続、放出を含みます。 6 つの P. ルリダ集団を、宿主 C. エレガンスあり (EVOhost)、または対照として宿主なし (EVOctrl) でこれらの段階を 10 回継代しました。 b、宿主に適応した細菌集団は、祖先と比較して適応度（線虫あたりの cfu として与えられる）を有意に増加させた（両側 t 検定および FDR 補正された Tukey 事後比較、処理あたり 6 回の反復）。 c. 進化した細菌は宿主にとって有益なままであり、線虫個体数の増殖によって決定されます（両側 t 検定、1 回の処理につき 6 回反復）。 d、しわのあるコロニーの形態型は宿主の適応中にのみ出現し、線虫内で優勢です（処理内の形態型の豊富さの比較：一般化線形モデルおよびFDR補正されたTukey事後検定、処理ごとに6回反復）。 e. 進化した宿主特化細菌 (赤色蛍光 dTomato でタグ付け) が線虫の腸に定着します (線虫の腸細胞内のシアン色の自己蛍光小胞)。 スケールバー、10 μm。 f、宿主関連生活環の主要な形質のPCA（a）は、祖先細菌と比較して、進化したシワシワ宿主スペシャリストの明確なプロファイルを明らかにします（個々の形質の測定については補足表5を参照）。 b〜d、箱ひげ図には、中央値（中心線）、上位四分位数と下位四分位数（箱の限界）、および四分位範囲（ひげ）が表示されます。

私たちは、細菌シュードモナス・ルリダと線虫宿主カエノラブディティス・エレガンスをモデルとして使用し、制御された実験進化を通じて自由生活から宿主結合への進化の移行を研究しました。 この細菌は、C. elegans の自然微生物叢で時折見られます 5,6。 実験室条件下では、P. ルリダの存在は C. エレガンスの個体数増加率の増加と関連しており、病原体に対する保護を提供できますが、宿主と細菌の両方は互いに依存せずに増殖できるため、互いに依存しません 5,7,8 。 宿主適応細菌を選択するために、宿主関連相の有無にかかわらず6つのP.ルリダ集団を連続継代しました（図1a;それぞれEVOhostまたはEVOctrl）。 すべての集団は同じクローン祖先から接種されました。 宿主を10回継代した後、細菌はその祖先よりも宿主内で平均して5〜10倍高い細菌量に達しました。これは、宿主に曝露されずに進化したが、それ以外は同一の条件であった対照では観察されなかった（図1bおよび拡張）データ図1）。 線虫の個体数の成長（線虫の適応度の代用として使用される5）は大幅に変化せず、むしろ適応した細菌の存在下で増加したため、細菌の適応度の増加は宿主にコストをもたらしませんでした（図1c）。