生物发光细菌协调信号以定殖鱿鱼的发光器官
生物发光细菌和夏威夷短尾乌贼形成了长期的互利关系。宾夕法尼亚州立大学研究人员领导的一项新研究详细介绍了细菌如何通过细胞信号传导和环境线索协调其行为以在乌贼中定殖。
描述该研究的论文可在《eLife》杂志上在线获取。研究人员还表明，他们描述的机制可能广泛存在于多种细菌中，并且了解细胞信号传导的这种协调对于了解细菌如何更广泛地定殖其宿主非常重要。
宾夕法尼亚州立大学埃伯利学院生物化学和分子生物学副教授 Tim Miyashiro 表示：“我们研究的费氏弧菌与许多不同的海洋宿主有关，但它与夏威夷短尾乌贼的关系最为明确。”科学博士和研究团队的领导者。
乌贼的外套膜下有一个专门的发光器官，被细菌占据。据信，当潜在的捕食者从下面观察时，细菌的发光有助于伪装乌贼。反过来，细菌从鱿鱼中获取营养以支持其生长。然而，乌贼的发光器官中并不是生来就有这种细菌的。乌贼孵化后，环境中的细菌必须进入发光器官。
Miyashiro 说：“光器官中细菌行为的各个方面已经得到了表征，但让细菌首先在乌贼中定殖的细胞机制仍然知之甚少，因此我们着手研究细菌如何启动定殖”。
在光器官内部，细菌的行为通过“群体感应”来协调。细菌释放信号分子，随着细菌数量的增长和密度的增加，信号分子的浓度也会增加。当存在足够的细菌时(达到法定人数)，信号通路就会被激活，细菌将开始产生生物发光，并且它们的移动能力受到抑制。在定植发光器官之前，细菌也会形成大的细胞聚集体，但如果群体感应通路被激活，它们可能没有足够的运动能力进入发光器官。
“所以，问题是‘当细菌在乌贼体外形成这些大聚集体时，它们如何避免群体感应途径，而是启动促进定殖的行为?’”Miyashiro 说。“我们看到的是，聚集途径激活了通常受到群体感应抑制的小 RNA 分子的产生。因此，当导致聚集的信号通路在鱿鱼外部被激活时，RNA分子就会表达出来，从而使细胞能够绕过群体感应，保持活动和。”
这种小 RNA(称为 Qrr1)是群体感应通路的一部分，可抑制细菌产生生物发光的能力并促进运动，直至达到群体数量。当达到法定人数时，Qrr1 的表达随后被关闭。
Miyashiro 说：“Qrr1 也被证明对于促进定植很重要。” “你可能认为 Qrr1 在聚合过程中会受到抑制，就像在群体感应过程中一样，但事实并非如此。因此，我们进行了一系列实验，旨在表征聚集过程中 Qrr1 表达的分子控制。”
研究人员表明，Qrr1 可以被转录因子(一种控制细胞中基因何时何地开启的蛋白质)激活，该转录因子还控制参与聚集的基因。转录因子(一种称为 SypG 的蛋白质)与用于通过群体感应途径调节 Qrr1 的蛋白质相似。这种相似性使 SypG 能够在定植期间促进 Qrr1 在聚集体中的表达，并确保 Qrr1 一旦进入光器官就不会表达，从而允许生物发光。
Miyashiro 说：“这种控制 Qrr1 表达的复杂调控架构使其能够发挥这两个重要作用，并有助于协调从定植到生物发光的行为转变。” “当我们审视包括费氏弧菌在内的细菌家族时，我们看到了非常相似的结构，这表明这种类型的协调可能对许多共生细菌很重要。”
除了 Miyashiro 之外，宾夕法尼亚州立大学的研究团队还包括生物化学、微生物学和分子生物学 (BMMB) 项目的研究生 Ericka D. Surrett;Kirsten R. Guckes，Miyashiro 实验室的博士后学者;Shyan Cousins，本科生;Terry B. Ruskoski，BMMB 研究生;Andrew G. Cecere，Miyashiro 实验室的研究技术专家;C. Denise Okafor，生物化学和分子生物学以及化学助理教授。该研究团队还包括威斯康星大学麦迪逊分校的 Denise A. Ludvik 和 Mark J. Mandel。
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