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《科学》:人体细胞居然可以听懂细菌之间的对话,并根据细菌对话内容调整免疫防御策略

时文热点 | Snowk发表于2020年01月13日 | 66个浏览


《科学》:人体细胞居然可以听懂细菌之间的对话,并根据细菌对话内容调整免疫防御策略 医学  第1张

病原物和人体之间的攻防大战,总是比我们想象的要精彩。

尽管如此,奇点糕还是没有想到,在人体细胞和病原细菌之间居然还有一场精彩的谍报大战

近日,由德国马普所和英国牛津大学的Stefan H. E. Kaufmann和Pedro Moura-Alves领导的研究团队,在顶级期刊《科学》上发表的一个研究成果[1],真是让奇点糕涨了见识。

他们发现,人类细胞竟然可以“截获”并“破解”细菌之间的“对话”,甚至能够根据细菌之间的“对话”内容,判断细菌是否对人体构成威胁,以及是否需要调动免疫系统剿灭细菌

《科学》:人体细胞居然可以听懂细菌之间的对话,并根据细菌对话内容调整免疫防御策略 医学  第2张

▲ Stefan H. E. Kaufmann(图:马普所)

在奇点糕看来,人体细胞的这一技能真的是非常“智能”

你想啊,如果人体细胞通过破解细菌之间的对话,发现只有少数散兵游勇,那么人体细胞就对细菌们“睁一只眼闭一只眼”,毕竟几个毛头小贼是伤不了人体的。但是,如果人体细胞截获的信息暗示细菌大军已经集结,秣马厉兵;那么,人体细胞会毫不犹豫调动人体最强的免疫手段,杀灭病原菌。

这种方式不仅可以有效防御病原菌,还可以节省能量,避免免疫过度激活,简直是一举多得。

那么人体细胞是如何“监听”细菌的动向的呢?这个咱们后面慢慢唠。

《科学》:人体细胞居然可以听懂细菌之间的对话,并根据细菌对话内容调整免疫防御策略 医学  第3张

▲ Pedro Moura-Alves(图:牛津大学)

为了生存,细菌和它的宿主之间可以说是展开了一场激烈的“军备竞赛”。

不过,在体积庞大的宿主面前,单个细菌显得渺小无比。仅凭少数细菌就想在宿主身上占有一席之地,这无疑是蚍蜉撼大树。不过在与宿主一起进化的过程中,细菌早就学会了如何有计划地统一安排行动,毕竟团结就是力量。

将所有的细菌团结起来的力量是“群体感应”[2]。

这个群体感应,从名字上看非常神秘,其实并不复杂。虽然细菌没有眼睛,但是它们能时时刻刻感受周边环境中化学物质浓度的变化。随着周围细菌密度变大,传递信号的分子浓度也必然会变大,正是这种变化调节了细菌的行动。

自1994年科学家提出群体感应以来,科学家们已经发现了很多群体感应信号分子。在这些信号分子的调控下,细菌群体能步调一致地完成定殖、感染、形成生物膜、抗生素耐药性,以及产生孢子等过程[3,4]。

《科学》:人体细胞居然可以听懂细菌之间的对话,并根据细菌对话内容调整免疫防御策略 医学  第4张

▲ 被科学家改造的细菌,在群体感应的指挥下合成绿色荧光蛋白,并自杀死亡释放荧光物质

实际上,已经有科学家发现,宿主细胞是可以识别细菌释放的群体感应信号分子的,而且这种识别会影响宿主的免疫反应[5]。然而,宿主究竟是如何识别那些信号分子,动态监测细菌的感染过程,并作出相应的反应的?目前仍知之甚少

Kaufmann等打算从铜绿假单胞菌入手研究上述问题。

铜绿假单胞菌分布非常广,是一种条件致病的革兰氏阴性菌,据说有生姜味(这也不是到是哪位科学家尝过《科学》:人体细胞居然可以听懂细菌之间的对话,并根据细菌对话内容调整免疫防御策略 医学  第5张)。铜绿假单胞菌也是医院感染的主要原因,对抗生素的耐药性极强,所以治疗非常困难[6]。我们前面介绍的群体感应,就是铜绿假单胞菌难搞定的原因之一。

《科学》:人体细胞居然可以听懂细菌之间的对话,并根据细菌对话内容调整免疫防御策略 医学  第6张

▲ 被科学家改造的细菌,在群体感应的指挥下合成荧光蛋白,并自杀死亡释放荧光物质

早在2014年,Kaufmann团队就发现,宿主细胞的配体激活转录因子芳香烃受体(AhR),可以直接识别铜绿假单胞菌释放的吩嗪类信号分子,在感染的控制中起到了重要的作用[7]。这个重要的发现,发表在顶级期刊《自然》上。

他们猜测,宿主细胞的芳香烃受体应该可以根据细菌表达的信号分子的水平,监测细菌感染和疾病的进程,从而针对感染的不同阶段,精心安排最合适的免疫反应。

《科学》:人体细胞居然可以听懂细菌之间的对话,并根据细菌对话内容调整免疫防御策略 医学  第7张

▲ 铜绿假单胞菌

那么宿主的细胞真有这么智能,仅靠芳香烃受体就能动态识别细菌群体感应信号分子的动态变化,并对细菌的下一步计划了然于心?

为了回答这个问题,Kaufmann团队首先在人细胞、鼠细胞和斑马鱼细胞中研究了芳香烃受体对群体感应信号分子的识别,发现芳香烃受体不仅能识别吩嗪,还能识别其他多种群体感应信号分子。

更重要的是,芳香烃受体对感染的监测机制,在不同的物种之间是高度保守的。也就是说,在人体、小鼠和斑马鱼细胞中,芳香烃受体识别群体感应信号分子的过程基本一致。

而且,体外和体内实验一致表明,细菌产生的群体感应信号分子,在细菌群体生长的不同阶段,会差异性的调节芳香烃受体。即,芳香烃受体会根据周围群体感应信号分子水平的变化,定量地检测细菌感染的过程,调整免疫防御策略

《科学》:人体细胞居然可以听懂细菌之间的对话,并根据细菌对话内容调整免疫防御策略 医学  第8张

▲ 宿主和细菌之间的攻防大战

总的来说,Kaufmann认为,他们的研究表明芳香烃受体不仅可以定性检测铜绿假单胞菌的群体感应分子,还能量化这些信号分子的水平。

这种定量的评估让人体细胞等有了感知周遭细菌密度的能力,以便于人体细胞根据细菌的感染和发病状态调整免疫力,避免人体健康受到威胁

《科学》:人体细胞居然可以听懂细菌之间的对话,并根据细菌对话内容调整免疫防御策略 医学  第9张

▲ AhR在防御细菌感染中的动态作用

“我们真的要感谢细胞存在这种间谍活动,它让人体可以在最需要抵御细菌侵袭的时候激活免疫系统,”Moura-Alves说[8]。

“这种间谍活动对于宿主而言是高效的,因为它让人体做到在低能耗的情况下,防止感染的发生。”Kaufmann表示[8],“而且这种定量的方式,还可以降低免疫系统的过度活跃,避免了不必要的损伤。

在奇点糕看来,Kaufmann团队的这个研究不但帮我们认识到了人体细胞与细菌之间的谍战活动,而且还给感染性疾病的治疗带来了新见解——不仅仅需要关注感染的类型,还需要关注感染的阶段。这样才能更有效的治疗,且对人体的伤害最小。


编辑神叨叨


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参考资料:

[1].Moura-Alves P, Puyskens A, Stinn A, et al. Host monitoring of quorum sensing during Pseudomonas aeruginosa infection[J]. Science, 2019, 366(6472).

[2].Fuqua W C, Winans S C, Greenberg E P. Quorum sensing in bacteria: the LuxR-LuxI family of cell density-responsive transcriptional regulators[J]. Journal of bacteriology, 1994, 176(2): 269.

[3].Papenfort K, Bassler B L. Quorum sensing signal–response systems in Gram-negative bacteria[J]. Nature Reviews Microbiology, 2016, 14(9): 576.

[4].Waters C M, Bassler B L. Quorum sensing: cell-to-cell communication in bacteria[J]. Annu. Rev. Cell Dev. Biol., 2005, 21: 319-346.

[5].Liu Y C, Chan K G, Chang C Y. Modulation of host biology by Pseudomonas aeruginosa quorum sensing signal molecules: messengers or traitors[J]. Frontiers in microbiology, 2015, 6: 1226.

[6].Moradali M F, Ghods S, Rehm B H A. Pseudomonas aeruginosa lifestyle: a paradigm for adaptation, survival, and persistence[J]. Frontiers in cellular and infection microbiology, 2017, 7: 39.

[7].Moura-Alves P, Faé K, Houthuys E, et al. AhR sensing of bacterial pigments regulates antibacterial defence[J]. Nature, 2014, 512(7515): 387.

[8].https://www.mpiib-berlin.mpg.de/1972007/news_publication_14272167_transferred?c=6239


本文作者 | BioTalker

这么好看,点个在看吧~

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