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市场动态MARKET DYNAMICS

牡蛎的“弧菌病”,非洲儿童的“皮肤溃疡”,都是通病,拿什么来治?

发布时间:2019-7-26 11:39:48阅读次数: .html 次分享到:

    小编最近遇到一些案例,老师想要研究某个物种的分子作用机制,但该物种和其它物种属共生或寄生关系,很难分离出来。相信从事转录组研究的大佬们一定知道:这个不难,采用互作转录组测序技术(Dual RNA-seq)即可命中目标。没错,互作转录组不需要分离物种直接采样提取样本中所有的RNA进行建库测序,可以同时研究两个或多个相互作用物种的转录表达情况。目前,较热门的生物互作研究多集中于病原体与动植物宿主互作。



    今天,小编将为大家分享两篇很有特色的病原体与动物宿主互作的转录组文章,研究思路供鉴赏。


01海洋弧菌如何躲避牡蛎细胞防御形成胞内定植

    牡蛎免疫功能受损是弧菌逃避牡蛎细胞免疫的一种常见策略。V. tasmaniensis 和V. crassostreae两种弧菌对牡蛎免疫细胞具有细胞毒性,抑制关键的细胞防御,进入结缔组织从而引起牡蛎全身感染。法国科学家Rubio使用Dual RNA-seq方法对海洋弧菌改变牡蛎细胞防御形成胞内定植的分子机制进行了研究,发现弧菌的免疫逃逸和定植的过程伴随着对牡蛎一系列抗菌防御的抑制以及对金属和ROS稳态的调控,相关结果于今年5月发表在《PNAS》上。



图1 弧菌逃避牡蛎细胞免疫的策略


    作者使用4种毒性不同的弧菌(V. tasmaniensis LGP32、LMG20012T、V. crassostreae J2-9、J2-8,其中LGP32、J2-9有毒性,LMG20012T、J2-8无毒性)和无菌海水(模拟感染)对幼牡蛎进行注射感染,8小时候收集内收肌进行RNA-seq检测。将感染弧菌的牡蛎转录组与模拟感染的牡蛎进行比较,结果显示牡蛎331个基因得到显著调节。毒性弧菌LGP32和J2-9比非毒性弧菌更能引起牡蛎的转录应答。



图2 弧菌毒力状态决定牡蛎对感染的转录反应


    3次独立实验中,将感染后8 h的宿主内的V. tasmaniensis LGP32和V.crassostreae J2-9转录组与感染前(对照组)的弧菌转录组进行比较,宿主体内表现出明显的转录组重构,分别有46.7%(2,266个基因)和50.1%(2,815个基因)的差异表达基因。两种毒株的宿主内转录组在功能分类分布上也存在很大不同。鉴定了牡蛎感染过程中差异表达的同源基因,共包含340个抑制基因和501个诱导基因。大多数诱导基因编码的蛋白质涉及碳化合物和碳水化合物的利用以及氨基酸的运输和代谢,反映了在宿主作为新环境时的主要代谢变化。在弧菌中,防御机制和金属稳态也被强烈诱导,特别是编码铜和锌转运体、铁离子和铁吸收系统的基因。



图3 宿主内弧菌转录组对牡蛎防御的响应


    小结:本文通过Dual RNA-seq、基因敲除等一系列分子学方法,观测到感染过程宿主和病原菌的mRNA的转录情况,确定了两种弧菌的细菌毒性和细胞毒性所需的不同遗传决定因素,阐明感染过程中宿主细胞和细菌等分子水平变化机理。


02胞外细菌病原体与人体宿主相互作用网络

        杜克雷嗜血杆菌(H. ducreyi)是热带地区儿童皮肤溃疡的主要原因。了解杜克雷伊氏杆菌与人类宿主之间的相互作用非常有必要。美国科学家Griesenauer使用Dual RNA-seq和代谢组学技术对人类感染杜克雷伊氏杆菌后细菌和宿主之间的相互作用体进行研究,发现杜克雷伊氏杆菌通过上调参与厌氧代谢、无机离子和营养转运的基因来适应宿主脓肿环境,相关结果于今年6月发表在《mBio》上。


         作者使用杜克雷嗜血杆菌菌株35000HP感染志愿者手臂,6-8天后进行穿刺活检、RNA-seq及代谢组学检测。RNA-seq获得杜克雷嗜血杆菌和人的转录组数据,其中,0.003% - 0.15% reads比对到杜克雷嗜血杆菌基因组,98.1% - 98.7% reads比对到人的基因组。


        感染组中H. ducreyi的转录组数据分析显示,差异表达基因(DEGs)总数(和接种菌相比)达到218个,包括81个单顺反子和80个多顺反子操纵子。上调DEGs参与碳水化合物代谢、分泌、信号转导、转运体、复制修复和翻译等代谢途径,下调DEGs参与核苷酸代谢、核糖体生物合成等途径。


图1 感染组中H. ducreyi转录本表达水平


表1 感染组中H. ducreyi差异基因KEGG富集


    感染组中人转录组数据分析显示,DEGs(和健康人相比)总数达2880个,1873 上调,1007个下调。前20条差异显著的通路中,与免疫应答相关的基因均上调,其中最主要的途径涉及T细胞活化。


图3 感染组人转录本表达水平及功能注释


    接下来,研究人员确定了人和H. ducreyi中56个基因正相关网络和50个负相关网络,分别包含81个宿主和61个细菌DEGs, 65个宿主和53个细菌DEGs。多个正相关网络包含参与厌氧代谢的H. ducreyi基因和参与免疫反应的人类基因,表明H. ducreyi对宿主反应形成的代谢生态位有应答。



图4 连接细菌(蓝色圆圈)和宿主(红色方块)基因对的二分网络


小结:本文通过互作转录组和代谢组分析,首次描述细菌和人类宿主感染部位的相互作用网络,是人体组织细菌感染后细菌和宿主之间的相互作用体研究的首发。


    Dual RNA-seq是一门研究生物互作关系的转录组技术,主要用来解决物种间相互作用,包括宿主防御病原菌以及病原菌作用宿主机制、宿主病原体共同进化等问题。研究思路主要有三:病原菌侵染宿主的分子网络、病原菌感染宿主的致病机理、宿主抵抗病原菌分子机制 。


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        参考文献:

        1.Tristan R, Daniel O, Yannick L, et al. Species-specific mechanisms of cytotoxicity toward immune cells determine the successful outcome of Vibrio infections. PNAS, 2019

        2.Brad G, Tuan M T, et al. Determination of an Interaction Network between an Extracellular Bacterial Pathogen and the Human Host. mBio,2019




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