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  • Cell Host & Microbe|祁斌實驗室揭示細菌激活動物食物消化的機制

    發布時間: 2022年09月03日 08:57 閱讀次數:

    一日三餐后,消化系統將開始繁忙的工作,將食物加工成供宿主細胞吸收和利用的小分子。由于缺乏理想的體內/體外研究體系去系統的探究食物消化的分子機制,消化生物學中仍存在諸多盲點,目前仍然停留在消化酶對于食物消化的認知。因此,動物究竟是如何消化食物的?消化道中的微生物又是如何影響動物來消化食物的呢?


    202292日,威澳門尼斯人官網歡迎您祁斌研究組在Cell Host & Microbe上以Gut commensal E. coli outer membrane proteins activate the host food digestive system through neural-immune communication為題,報道了腸道共生大腸桿菌的膜蛋白通過宿主神經-免疫來激活食物消化系統的機制。


    建立食物消化研究體系:為了探究微生物調控宿主食物消化的潛在機制,研究人員首先建立了一個高效、廉價的食物消化研究模型。之前作者的研明(eLife, 2017; Cell, 2018)當給秀麗線蟲喂養腐生葡萄球菌(SS)時線蟲不能發育(停滯在幼蟲階段)。本研究意外發現幼蟲喂養SS后,細菌沒有被消化,堆積在腸道中,而補充熱滅活大腸桿菌(后文簡寫為 HK-E. coli)后可以激活線蟲消化SS。由此研究人員建立了HK-E. coli激活秀麗線蟲消化SS的研究體系,旨在尋找細菌(大腸桿菌)中可以激活線蟲消化食物(SS)的關鍵分子,并解析該分子激活線蟲消化系統的作用機制。 通過對HK-E.coli進行酶處理、質譜分析以及對大腸桿菌突變體的篩選,研究人員發現大腸桿菌中的膜蛋白OmpA/F 激活線蟲消化SS 菌。


    闡明先天免疫新功能:作為食物消化的“開關”機制。為了解析HK-E.coli激活動物消化系統潛在的分子機制,作者通過轉錄組、遺傳學分析發現抑制保守的先天免疫 p38/PMK-1通路可以激活線蟲食物消化系統。且通過建立細菌突變體-宿主消化篩選體系,發現大腸桿菌膜蛋白OmpA/F通過抑制p38/PMK-1通路來激活食物消化。


    發現新的食物消化調控機制:腸道大腸桿菌膜蛋白通過神經-免疫對話激活動物消化食物。神經肽和神經遞質等物質可以調節動物的一系列攝食行為。為了探究神經信號是否參與了食物消化過程,作者篩選了神經肽、多巴胺受體,發現大腸桿菌膜蛋白OmpA/F通過激活神經肽NLP-12促進線蟲消化食物。已有研究表明NLP-12作用于受體CCKR-1,是哺乳動物膽囊收縮素的同源物,在獎賞行為中受到多巴胺信號的調節。通過本研究發現缺失多巴胺受體或添加多巴胺拮抗劑會抑制依賴于OmpA/F蛋白調控的消化。并且多巴胺及NLP-12-CCKR-1通過抑制先天免疫p38/PMK-1來激活食物消化系統。最后,本研究通過RNAi篩選潛在的糖苷酶基因,發現大腸桿菌激活消化系統依賴于糖苷酶AAGR-2、AAGR-4MOGS-1,且抑制p38/PMK-1也是通過激活上述糖苷酶來促進線蟲對于SS食物的消化。


    綜上,本研究通過迎戰“消化生物學”這一冷門,首次建立線蟲食物消化研究體系,并揭示了大腸桿菌膜蛋白OmpA/F通過多巴胺和NLP-12-CCKR-1抑制先天免疫p38/MK-1通路從而激活動物食物消化系統的機理。這一工作為神經、免疫和消化過程建立了新的聯系,也揭示了腸道微生物膜蛋白在宿主消化和免疫過程中的重要作用。課題組目前利用線蟲強大的遺傳篩選系統,試圖解析整個食物消化的調控通路。

    威澳門尼斯人官網歡迎您生命中心碩士三年級耿圣雅(7月份剛畢業,去南京大學讀博),博士一年級李倩,助理研究員周雪,碩士二年級鄭軍康、劉慧敏為該論文的共同第一作者,參與該工作的還有曾潔,碩士研究生楊睿智、付和瑞、郝凡銳,本科生馮千栩。祁斌研究員為論文通訊作者。

    致謝:威澳門尼斯人官網歡迎您黃曉瑋教授,華中科技大學高尚邦教授分享線蟲株系;威澳門尼斯人官網歡迎您楊崇林教授,單昭研究員對于課題的建議;威澳門尼斯人官網歡迎您蛋白質組平臺武旭娜研究員提供蛋白質組服務;威澳門尼斯人官網歡迎您Leonard Krall,單昭對論文的編輯;該研究得到科技部國家重點研發計劃,國家自然基金,云南省基礎研究計劃,威澳門尼斯人官網歡迎您啟動金的資助。

    溫馨提示:祁斌課題組主要從事細菌與宿主互作調控研究,現主要集中在宿主分泌蛋白與細菌互作,細菌與宿主消化系統互作,其成果先后發表在Cell Host & Microbe 2022通訊)、Cell2018一作)、eLife2017一作)等期刊。現因發展需要,長期誠聘助理研究員(事業編制)、博士后。有興趣加入課題組的,請聯系: qb@ynu.edu.cn


    原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.chom.2022.08.004


    共同第一作者介紹

    耿圣雅,本科畢業于齊魯工業大學,2019年加入祁斌課題組攻讀碩士。20227月畢業去南京大學博。

    李倩,碩士畢業于威澳門尼斯人官網歡迎您,2021年加入祁斌課題組攻讀博士學位。

    周雪,博士畢業于西北農林科技大學,祁斌課題組助理研究員。

    主要研究方向: 病原微生物與宿主互作

    鄭軍康,2020年加入祁斌課題組攻讀碩士,對食物消化的分子機制感興趣。

    劉慧敏,本科畢業于石河子大學,2020年加入祁斌課題組攻讀碩士,對動物如何識別細菌感興趣。





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