《自然》子刊:这种细菌的进化策略可能为科学家带来新的蛋白质靶点

来源：中国生物技术网2022-08-25 19:18

和肠道一样，我们的口腔也是微生物的重要家园。已知有700多种常驻菌在里面“同呼吸、共命运”。同样，口腔菌群也和肠道菌群一样复杂多样。

和肠道一样，我们的口腔也是微生物的重要家园。据了解，其中有700多种常驻细菌有着相同的命运。同样，口腔菌群也和肠道菌群一样复杂多样。

但对于细菌来说，口腔的家和肠道没什么区别，这是一个充满挑战的生存环境：口腔内表面的上皮细胞会不断脱落，随着唾液的不断流动，定植在口腔内表面的细菌时刻面临灭绝。为了不随波逐流，彼此分离，他们必须尽力不掉下悬崖。然而，到目前为止，科学家们对这些细菌如何生存仍然知之甚少。

北京时间8月23日，在《Nature Communications》发表的一项新研究中，来自加拿大国家研究所和维也纳大学的研究团队发现，一种特定的口腔共生细菌通过多次进化，具有很强的生存能力。换句话说，优胜劣汰，长期的艰苦环境真的让他们变得更强大，更团结。这项研究表明，这种细菌可以作为理解细菌细胞分裂和动物-微生物共生体进化的理想模型，并有助于确定新的抗菌靶标。

在哺乳动物中，口腔细菌有阿里氏菌属、西蒙氏菌属、贝壳状菌属等。是多细胞的，纵向分裂，分裂的细胞各奔东西(分离)。

然而，奈瑟球菌进化出了一种新的繁殖方式：它们使自己的分裂平面平行于它们的长轴，这使得它们垂直分裂，而不是像典型的杆状细菌那样水平分裂。而且，一旦分裂完成，它们会相互连接，形成毛虫状的细丝。细丝中的一些细胞也有不同的形状。它们这样做可能是为了执行特定的功能，以促进细丝的发育，从而更牢固地附着在动物的口腔或体表。

奈瑟氏球菌是一种革兰氏阴性球形和杆状口腔共生细菌。正常口腔内奈瑟氏球菌科的家族成员为干燥奈瑟氏球菌、黄辉奈瑟氏球菌和粘液奈瑟氏球菌。

多细胞杆状和球形奈瑟球菌的系统发育树。

在这项新的研究中，研究人员首先通过使用超微结构显微镜分析了奈瑟球菌家族的四个成员(N. elongata，A. filiformis，S. muelleri和C. steedae)的细胞形状。除了毛虫状的细丝外，还有两种典型的细胞形状，即杆状和球菌状。

通过比较基因组学分析，研究人员得出结论，这种垂直分裂的多细胞细菌是由水平分裂的杆状细菌进化而来的。他们还确定，从水平分裂到垂直分裂的转变需要细菌缺失基因座mraZ，以获得amiC2和MreB蛋白的氨基酸排列。

他们还利用荧光标记技术将多细胞细菌的细胞生长过程可视化，然后将这些细菌的基因组成与典型的野生型杆状细菌进行比较。

最后，研究人员通过将基因变化引入奈瑟球菌来重现这种进化。虽然他们不能强迫杆状细菌变成多细胞细菌，但基因改造会导致细胞变长和变薄。他们推测，在进化过程中，细胞的形状通过伸长和分裂的再加工发生了变化，也许是为了更好地在艰苦的环境中生存。

除了了解细胞形状如何进化，多细胞奈瑟球菌还帮助科学家研究细菌如何学会在动物皮肤表面生活。这是目前为止唯一发现它们的地方，但是有一半已经把它们吃进嘴里了。

研究人员表示，口腔奈瑟菌不止一次从杆状祖先进化成球状或多细胞纵向分裂。由于其易于培养和遗传操作，这种细菌可以成为理解细菌细胞分裂和动物-细菌共生体进化的理想模型。

到目前为止，大多数关于蛋白质功能的研究都是在少数易于实验室培养和操作的病原菌中进行的，如大肠杆菌和枯草芽孢杆菌。因此，将细胞生物学领域扩展到更多形态和共生的物种，对于增加工业和生物制药中使用的蛋白质靶标(如靶标)的数量也是至关重要的。奈瑟球菌采用的进化策略可能有助于发现未知的新蛋白质靶点。

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