Nature Communications | 祁斌实验室揭示细菌肽聚糖激活动物食物消化提升自然适应力的机制

发布时间: 2024年04月18日 11:18 阅读次数:

2024416日,云南大学生命科学中心祁斌研究组在Nature Communications上以“Bacterial peptidoglycan acts as a digestive signal mediating host adaptation to diverse food resources in C. elegans为题,报道了一种启动食物消化的信号——细菌肽聚糖(PGN),它通过与糖基化蛋白BCF-1互作抑制线粒体未折叠蛋白反应(UPRmt促进消化,从而提升线虫自然适应能力。

食物对于动物(包括线虫)在自然中的生存和种群调节至关重要。在进化过程中,食物的利用和偏好作为适应性力量发挥着重要作用。为了有效地获取食物,动物进化出了复杂的神经系统,以感知食物并引导摄食行为。一旦食物进入消化道,它将被消化成基本营养物质,为动物提供能量。强大的消化系统对于动物至关重要,因为它能够消化各种来源的食物,从而提高其在自然环境中的生存能力。

在地球上的多细胞生物中,线虫约占80%,在众多生态系统中发挥着重要的作用。线虫可能之所以能维持庞大的种群,是因为它们具备强大的消化系统,能够有效消化复杂食物。因此,线虫是研究食物消化机制的理想动物模型。然而,目前我们仍然不清楚哪些信号激活了动物的消化系统。在先前研究中,我们利用秀丽线虫作为模式生物建立了食物消化的研究模型,且发现细菌膜蛋白通过宿主神经-免疫来激活动物食物消化系统的机制(Cell Host Microbe 2022),为了进一步发现是否还有其他细菌信号激活食物消化,我们开展了本项研究。

1.细菌肽聚糖激活线虫消化:我们之前的研究已经证明低质量食物(Heat-killed E. coli)能够促进线虫消化腐生葡萄球菌(SS),为了进找到细菌激活消化的信号,通过筛选大肠杆菌突变体,我们发现细菌肽聚糖(PGN)合成突变体不能激活动物去消化。进而提取细菌PGNSS混匀发现,细菌PGN可直接激活线虫消化利用SS

2. PGN-BCF-1互作调控UPRmt激活线虫的消化:为找到PGN激活线虫消化具体机制,我们分析了大肠杆菌结合蛋白和PGN结合蛋白的交集,进行RNAi筛选找到影响消化的宿主因子bcf-1,并进一步发现PGN能与BCF-1直接互作。细菌肽聚糖已被证明通过作为ATP合酶激动剂和抑制线粒体未折叠蛋白应答(UPRmt)来促进线粒体内环境稳态。那么UPRmt是否参与了线虫的食物消化呢?通过后续实验,研究人员证明PGN通过与BCF-1互作,调控神经肽NLP-3的释放抑制UPRmt,促进线虫食物消化。

3. PGN-BCF-1信号轴促进线虫更好的适应环境:食物利用对动物在自然中的存起着至关重要的作用。因此强大的食物消化能力,可能促进动物在环境中的适应能力。我们发现在复杂食物环境下,野生型线虫具有强大食物消化能力,进而线虫能快速生长,并且种群数激增,增强它们在自然界中的适应能力,相反bcf-1突变体适应环境能力下降。


综上,本文通过找到一种新的激活食物消化的分子-细菌PGN,证明PGN-BCF-1的相互作用做为“触发食物消化的信号”,提高动物在自然界中的食物利用率,从而增强动物适应性。



云南大学生命科学中心的硕士研究生郝凡锐和刘慧敏为该论文的共同第一作者。祁斌研究员为论文通讯作者。


致谢:云南大学海燕策略研究中心院Leonard Krall,单昭对论文的编辑,实验室所有成员的帮助;本研究得到西南联合研究生院云南省科技专项,科技部国家重点研发计划,国家自然基金,云南省基础研究计划,云南大学双一流等经费等资助。


温馨提示:祁斌课题组主要从事细菌与宿主互作调控研究,现主要集中在宿主分泌蛋白与细菌互作,细菌与宿主消化系统互作,自2019年成立实验室,研究成果以通讯作者发表在Nature Communications (2024), eLife (2024), Cell Reports (2023), Cell Host & Microbe (2022)等期刊。现因发展需要,长期诚聘博士后、助理研究员。有兴趣加入课题组的,请联系: qb@ynu.edu.cn


原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-47530-y