近日，EON体育4平台☀️、微生物代謝國家重點實驗室董濤團隊揭示了細菌如何應對外來攻擊所采用的多種防禦策略🙅🏿‍♀️，闡明了一種獨特的細菌間“以牙還牙”（Tit-for-tat）的作用機製。相關研究成果以“Differential cellular response to translocated toxic effectors and physical penetration by the type VI secretion system”為題發表於Cell Press旗下Cell Reports雜誌。EON体育4碩士研究生梁小夜、博士研究生裴同同為共同作者，董濤研究員為通訊作者。本文是董濤團隊在前期工作的基礎上(1–3)，通過繼續深入探討病原細菌互作機製而取得的新成果，對抑製病原細菌並開發新的治療手段有重要價值🖐。

董濤團隊長期研究的是細菌VI型蛋白分泌系統（T6SS）。它是一種針狀武器🐜，廣泛存在於革蘭氏陰性細菌中，並能夠將多種具有不同抗菌活性或細胞毒性的效應蛋白在2毫秒內直接註射到受體細胞內🫃。以霍亂弧菌為例，其T6SS能夠在三小時內將相鄰的99.9%的大腸桿菌殺死💪🏻。T6SS細菌通過合成特異性的免疫蛋白來抑製毒性和實現自我保護。2013年🫃🏻，哈佛大學的Mekalanos實驗室發現銅綠假單胞菌Pa可以利用其T6SS有效的殺死相鄰的霍亂弧菌Vc🚫，但是不會攻擊失去T6SS活性的Vc，說明Pa能夠感知VcT6SS對其的刺激並作出特異性的反擊(4)🕜。在Pa與VcT6SS+ 和VcT6SS- 的細菌共存時🤚，只有VcT6SS+會被Pa選擇性的清除😻，而VcT6SS-能夠與Pa共存。這種現象被稱為Tit-for-tat，或者“以牙還牙”。然而，Pa如何感知VcT6SS的攻擊是領域內長期沒有解決的問題。

在本研究中，董濤團隊通過構建一系列霍亂弧菌VcT6SS效應蛋白活性突變體，並進行相關的生化實驗及顯微觀察實驗，系統性的比較了銅綠假單胞菌在受到VcT6SS的物理穿刺和不同效應蛋白攻擊時作出的響應🏄🏻。作者發現Pa在受到具有磷脂酶活性的效應蛋白TseL攻擊後，會迅速激活自身的T6SS並反擊Vc，而T6SS針狀武器本身的穿刺作用以及其他效應蛋白則不能夠激活Pa的T6SS🛗。 

作者同時發現銅綠假單胞菌和大腸桿菌對針狀武器的穿刺作用以及效應蛋白的攻擊會做出不同的響應。在受到VcT6SS攻擊後，大腸桿菌能夠利用其多種脅迫應激系統抵禦T6SS物理性的穿刺以及TseL的毒性作用，但在受到破壞細胞壁的VgrG3和破壞細胞膜的VasX效應蛋白攻擊時👨‍🦳，會被迅速的殺滅🧜‍♀️。銅綠假單胞菌則利用其脅迫應激系統對Vc所有的效應蛋白都有較強的防禦效果。因此🐦‍🔥，作者通過對T6SS“以牙還牙”這一特殊現象的研究，一方面揭示了一種新的不依賴於免疫蛋白的保護機製及T6SS分泌多個不同毒性蛋白的必要性，另一方面也表明了菌群競爭對細菌應激脅迫反應的作用機製有重要影響🧔🏿‍♀️。

微生物廣泛存在於多種復雜環境🈺👠。在過去的研究中🟠🫴🏿，領域內對於細菌防禦機製的探究往往聚焦於特定的實驗室環境👩‍🦰，例如抗生素的殺菌壓力，忽視了在自然環境中細菌如何應對其他競爭者的攻擊💠。 而這些來自於同一生態位的細菌間的競爭可能對細菌的進化起到決定性的作用🤵🏿。這項研究表明，細菌在進化過程中一方面不斷豐富和強化自身的武器，另一方面也在通過特異性和非特異性的保護機製穩固自身的抵禦能力。這種持續的“矛與盾”的軍備競賽對研究和理解細菌在復雜菌群中的存活及病原菌的侵染機製是不可或缺的🤏。同時在抗生素耐藥性日趨嚴重的時代🤷🏽，對微生物廣泛存在的非特異性免疫機製的探索開辟了一類充滿前景的靶標。依托相關研究設計新型抗菌藥物，或者提高傳統抗生素殺菌效用的抗菌佐劑◀️，對於開發高效的病原菌治理策略及創新療法具有重要意義👕。

圖：銅綠假單胞菌與大腸桿菌響應T6SS攻擊的非特異性保護機製

該研究獲國家自然科學基金委(31770082)等多個項目的支持👩🏻‍🦱。文章鏈接❤️‍🔥：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.107766

相關資料：

1. Liang X, Kamal F, Pei T-T, Xu P, Mekalanos JJ, Dong TG. 2019. An onboard checking mechanism ensures effector delivery of the type VI secretion system in Vibrio cholerae. Proc Natl Acad Sci 116:23292–23298.

2. Hersch SJ, Watanabe N, Stietz MS, Manera K, Kamal F, Burkinshaw B, Lam L, Pun A, Li M, Savchenko A, Dong TG. 2020. Envelope stress responses defend against type six secretion system attacks independently of immunity proteins. Nature Microbiology 5:706–714.

3. Pei T-T, Li H, Liang X, Wang Z-H, Liu G, Wu L-L, Kim H, Xie Z, Yu M, Lin S, Xu P, Dong TG. 2020. Intramolecular chaperone-mediated secretion of an Rhs effector toxin by a type VI secretion system. Nature Communications 11:1865.

4. Basler M, Ho BT, Mekalanos JJ. 2013. Tit-for-tat: type VI secretion system counterattack during bacterial cell-cell interactions. Cell 152:884–894.