《与哺乳动物肠道病毒的相互作用改变共生菌的外膜囊泡的产生和含量》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2022-02-10
  • 肠道共生菌有助于维持肠道内环境的稳定。破坏共生菌群与疾病的发展和持久性有关。肠道病毒利用共生菌加强病毒感染的广泛能力进一步证明了这些微生物的重要性。这些病毒直接与共生菌相互作用,虽然这种相互作用对病毒感染的影响已经在几种病毒中得到了很好的描述,但对共生菌的影响还有待探索。

    共生菌极大地影响肠道病毒感染。同样,病毒感染也会改变微生物群,这取决于病毒。例如,诺沃克病毒的感染与类杆菌和变形杆菌的减少以及细菌数量的增加有关,而在轮状病毒感染期间则观察到相反的趋势。

    虽然许多研究已经调查了肠道病毒对肠道微生物群的大规模影响,但到目前为止还没有研究这些哺乳动物病毒对单个细菌的具体影响。为了解决这一认识上的差距,作者分析了两种不同但相关的肠道病毒,以确定这些病毒的相互作用是否改变了细菌的基因表达。

    鼠和人的诺如病毒都能够在阴沟肠杆菌中诱导基因组范围内的基因表达显著变化,影响大约25%的细菌基因组。虽然50%的deg在病毒之间共享,但病毒也诱导了每个病原体特有的基因库。这是已知的哺乳动物病毒改变共生细菌基因表达的第一次证明。

    对这些基因的功能注释表明,它们中的许多都与跨膜或外膜基因连锁。考虑到病毒结合细菌的扫描电镜图像显示阴沟肠杆菌表面拓扑特征的变化,这些DEG类别是值得注意的。在暴露于病毒的细菌中观察到细菌附属物的数量增加,先前的研究表明在细胞和环境压力条件下细菌附属物的数量增加。

    作者还观察到诺如病毒与阴沟肠杆菌的相互作用引起的膜褶皱增加,在低浓度的抗菌化合物处理下观察到膜皱纹的增加。在这种情况下,皱纹活动与小泡的释放相协调,这表明应激引起的细胞膜变化与BEVs的产生有关。囊泡的产生通常与压力暴露有关,并可被各种压力诱导因素改变。基于此,我们观察到细菌表面结构的变化,以及与膜稳定性和膀胱形成相关的基因的差异调控,我们测量了在诺如病毒存在和不存在的情况下OMV的产生。

    诺沃克病毒的相互作用不仅导致BeV产量增加,而且在病毒存在的情况下,每种受测细菌产生的囊泡都较小,这表明诺沃克病毒与细菌的相互作用改变了OMV的含量。这些蛋白中的许多以前都与细菌应激反应有关,进一步支持了与这些病毒的相互作用会诱导应激反应。此外,MNVOMVs的特异性蛋白丰度较低,主要来自细胞质。

    综上所述,细菌胞外小泡由致病菌和共生菌共同产生,是细菌与宿主肠道细胞沟通的主要机制。我们以前已经观察到共生细菌可以增强诺沃克病毒的感染,但在没有大体炎症的情况下,它们被隔离在肠腔内,不会进入急性诺沃克病毒感染的主要目标免疫细胞所在的固有层。另一方面,OMVS被证明可以很容易地穿过肠道上皮,与底层细胞相互作用,并调节它们的免疫反应,就像它们来自的细菌一样。

    诺如病毒与共生菌的相互作用导致细菌基因表达的广泛变化,最终导致BEV的形成增加。考虑到BEV的既定功能,这些病毒诱导的小泡在病毒感染过程中可能发挥的作用有潜在的意义,包括改变病毒在上皮中的迁移和对感染的免疫反应。未来的体外和体内研究将有助于阐明OMVs在病毒复制和感染期间宿主反应中的作用。

    参考文献

    Chanel A Mosby et al. Interaction with mammalian enteric viruses alters outer membrane vesicle production and content by commensal bacteria. J Extracell Vesicles. 2022 Jan;11(1):e12172. doi: 10.1002/jev2.12172.

  • 原文来源:https://news.bioon.com/article/6795238.html
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    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-02-20
    • 肠道共生菌有助于维持肠道内环境的稳定。破坏共生菌群与疾病的发展和持久性有关。肠道病毒利用共生菌加强病毒感染的广泛能力进一步证明了这些微生物的重要性。这些病毒直接与共生菌相互作用,虽然这种相互作用对病毒感染的影响已经在几种病毒中得到了很好的描述,但对共生菌的影响还有待探索。 近日,弗罗里达大学研究者在J Extracell Vesicl杂志上发表了题为“Interaction with mammalian enteric viruses alters outer membranevesicle production and content by commensal bacteria”的文章,Chanel A. Mosby等研究者证明了肠道病毒诱导细菌基因表达的特定变化,导致细菌胞外囊泡产生的变化,这可能会影响宿主对感染的反应。 在这篇文章中,作者首次证明,肠道病毒改变了个体共生细菌的基因表达和表型。人和小鼠诺如病毒与细菌的相互作用导致全基因组基因表达差异和细菌细胞表面结构的显著变化。此外,病毒与细菌的相互作用导致更小的外膜囊泡(OMVs)的产生增加。 当诺如病毒与其他共生细菌孵育时,还观察到更小囊泡的产生增强,这表明诺如病毒相互作用可能产生广泛的影响。在体内模型中观察到的囊泡产生遵循类似的趋势,即与模拟感染小鼠相比,在病毒感染小鼠的粪便中观察到小的细菌囊泡数量增加。 共生菌可以极大地影响肠道病毒感染。同样,病毒感染也会改变微生物群,这取决于病毒。 虽然许多研究已经调查了肠道病毒对肠道微生物群的大规模影响,但到目前为止还没有研究这些哺乳动物病毒对单个细菌的具体影响。为了解决这一认识上的差距,作者分析了两种不同但相关的肠道病毒,以确定这些病毒的相互作用是否改变了细菌的基因表达。 鼠和人的诺如病毒都能够在阴沟肠杆菌中诱导基因组范围内的基因表达显著变化,影响大约25%的细菌基因组。虽然50%的deg在病毒之间共享,但病毒也诱导了每个病原体特有的基因库。这是已知的哺乳动物病毒改变共生细菌基因表达的第一次证明。 对这些基因的功能注释表明,它们中的许多都与跨膜或外膜基因连锁。考虑到病毒结合细菌的扫描电镜图像显示阴沟肠杆菌表面拓扑特征的变化,这些DEG类别是值得注意的。在暴露于病毒的细菌中观察到细菌附属物的数量增加,先前的研究表明在细胞和环境压力条件下细菌附属物的数量增加。 作者还观察到诺如病毒与阴沟肠杆菌的相互作用引起的膜褶皱增加,在低浓度的抗菌化合物处理下观察到膜皱纹的增加。在这种情况下,皱纹活动与小泡的释放相协调,这表明应激引起的细胞膜变化与BEVs的产生有关。囊泡的产生通常与压力暴露有关,并可被各种压力诱导因素改变。基于此,我们观察到细菌表面结构的变化,以及与膜稳定性和膀胱形成相关的基因的差异调控,我们测量了在诺如病毒存在和不存在的情况下OMV的产生。 诺沃克病毒的相互作用不仅导致BeV产量增加,而且在病毒存在的情况下,每种受测细菌产生的囊泡都较小,这表明诺沃克病毒与细菌的相互作用改变了OMV的含量。这些蛋白中的许多以前都与细菌应激反应有关,进一步支持了与这些病毒的相互作用会诱导应激反应。此外,MNVOMVs的特异性蛋白丰度较低,主要来自细胞质。 综上所述,细菌胞外小泡由致病菌和共生菌共同产生,是细菌与宿主肠道细胞沟通的主要机制。作者以前已经观察到共生细菌可以增强诺沃克病毒的感染,但在没有大体炎症的情况下,它们被隔离在肠腔内,不会进入急性诺沃克病毒感染的主要目标免疫细胞所在的固有层。另一方面,OMVS被证明可以很容易地穿过肠道上皮,与底层细胞相互作用,并调节它们的免疫反应,就像它们来自的细菌一样。 诺如病毒与共生菌的相互作用导致细菌基因表达的广泛变化,最终导致BEV的形成增加。考虑到BEV的既定功能,这些病毒诱导的小泡在病毒感染过程中可能发挥的作用有潜在的意义,包括改变病毒在上皮中的迁移和对感染的免疫反应。未来的体外和体内研究将有助于阐明OMVs在病毒复制和感染期间宿主反应中的作用。 参考文献 Chanel A Mosby et al. Interaction with mammalian enteric viruses alters outer membrane vesicle production and content by commensal bacteria. J Extracell Vesicles. 2022 Jan;11(1):e12172. doi: 10.1002/jev2.12172.
  • 《Nature子刊:深度挖掘人类肠道宏基因组的古菌病毒》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2023-01-03
    • 人类微生物组的组成和功能与宿主的健康密切相关。除了细菌外,肠道微生物群中的非细菌成员(古菌、真菌和病毒)也在微生物群落的动态演替以及人类的生理、免疫、疾病等方面发挥着重要作用。   古菌是人体的共生微生物之一,它们曾在肠道,口腔和皮肤等部位被检测到,与人类疾病密切相关。与细菌相比,古菌在人体内的丰度相对较低,而且大多不可培养,因此与人类相关的古菌经常被忽视。病毒控制着微生物群落的组成和代谢,侵染古菌的病毒在基因组序列和病毒粒子结构方面具有很高的多样性。迄今为止,只有少数研究报道人类肠道内存在古菌病毒,因此,与人类相关的古菌病毒仍然神秘。随着下一代测序技术的发展以及海量数据的产生,基于宏基因组学的方法有助于我们对人类的古菌组和古菌病毒组进行广泛的研究。   2022年12月29日,中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所马迎飞团队在Nature Communications 期刊发表了题为:Metagenomic analysis reveals unexplored diversity of archaeal virome in the human gut 的研究论文。   该研究首次对来自人类肠道宏基因组的古菌病毒进行了深入挖掘及全面分析,揭示了人类肠道中古菌病毒组的多样性,为人类肠道古菌病毒组的研究提供了前所未有的一瞥。 人类肠道古菌病毒组的多样性   研究表明约有90%古菌基因组包含CRISPR结构, 因此CRISPR spacer-protospacer的匹配分析适用于古菌病毒序列的识别。为了对人类肠道中的古菌病毒进行全面搜索,团队首先构建了人类肠道相关古菌spacer序列数据库(HGASDB, Human Gut Associated Archaeal Spacer Database),并基于HGASDB和古菌病毒的特征基因构建了一套肠道古菌病毒的鉴定方法,从收集的2271个肠道宏基因组样品中及6个公开的病毒数据库中共鉴定出了1279种古菌病毒,构成人类肠道古菌病毒组数据库(HGAVD)(图1a)。随后,团队对鉴定出的病毒代表序列进行质量评估,大多数 (67%)病毒contigs的质量无法得到评估。与此同时,团队基于对病毒序列的网络分析以及病毒蛋白序列的注释信息,对HGAVD中的病毒序列进行了分类学的分析,其中大部分序列(68.4%)无法被分类到任何已知的病毒类别,这些分析表明人类肠道中依然存在大量未知的古菌病毒。此外,团队还将HGAVD中的病毒与公共的肠道病毒数据库进行了比较(图1d),发现来自HGAVD的大多数病毒(n=1097;86%)均无法与公共数据库中的病毒聚类到一起,这表明HGAVD对肠道古菌病毒组具有良好的代表作用。综上所述,HGAVD极大地扩展了人类肠道中古菌病毒多样性。 古菌病毒广泛分布于人类肠道中 为了了解肠道古菌病毒在全球人群中的分布情况,团队对1279条古菌病毒contigs在人类肠道样品中的丰度情况进行了估计,主坐标分析(PCoA)和Anosim分析的结果显示:肠道古菌病毒群落的组成在不同性别(ANOSIM,r=0.004,p=0.306)和不同BMI指数(ANOSIM,r=0.006,p=0.201)的人群中并无显著性差异。然而,当以国家作为界限分析时,我们观察到这些古菌病毒在各地表现出不同的多样性(图2a)。 团队进一步调查了这些古菌病毒在所有肠道样品中的检出率,共有7种古菌病毒在人群中的检出率10%,虽然这些病毒被归类到了7个不同的病毒簇(VCs)中,但它们的宿主均为Methanobrevibacter_A smithii(M. smithii)。就地理分布而言,这些古菌病毒在非洲人群中的检出率较低,但在亚洲、欧洲和美洲人群中则具有相对较高检出率 (图2b)。在人类肠道中检出率高于1%的古菌病毒共有712种,病毒序列IMG丨UGV-GENOME-0271153在人群中具有最高检出率(72.2%),该序列长度为40.51kb,被评估为中等质量的基因组,侵染M. smithii古菌。该病毒基因组编码46个基因,其中8个基因被预测为有尾病毒的功能基因(图2c)。此外,团队从人类肠道样品中共鉴定出13种smacoviruses,它们的长度分布在2.0-2.5kbp之间。这些病毒与古菌基因组上7个不同spacer序列相匹配,其宿主为Methanomassiliicoccus intestinalis或Methanomassiliicoccus_A intestinalis古菌。与亚洲和美洲人群相比,smacovirus在非洲和欧洲人群中具有更高检出率(图2d)。 M. smithii古菌的病毒在人类肠道古菌组中占主导地位 病毒能够以多种方式影响生态系统及微生物进化,例如部分噬菌体能够通过裂解宿主细胞改变微生物的群落结构和生态功能;一些噬菌体能够劫持其宿主的代谢机制,改变宿主细胞代谢产物浓度;噬菌体也可以作为宿主之间水平基因转移的载体,因此,对于病毒宿主的预测以及病毒与宿主相互作用的研究也是理解病毒的关键步骤。为此,我们通过CRISPR spacer序列建立古菌与其病毒序列间的匹配关系,推断出每种古菌病毒的可能宿主。不出所料,大多数(n=1217,95.2%)古菌病毒的宿主都是甲烷短杆菌(Methanobrevibacteria_A),它也是古菌中的优势属(图3a)。然后,我们通过统计每个古菌属对应的VC数量来衡量病毒的多样性,其中,47个VCs只侵染M. smithii古菌,17个VCs只侵染M. smithii_A古菌,但有13个VCs与这两种古菌均有关联,反映了古菌病毒能够跨种侵染宿主的特性。为了对古菌的跨宿主侵染情况进行更加详细的研究,团队构建了宿主与病毒关系网络(图3c),发现大约三分之一的肠道古菌病毒都具有广泛的宿主范围,并不局限于单一物种,这些分析为人类肠道微生物群中古菌病毒介导的基因流动网络提供了全面参考。 此外,侵染M. smithii的病毒是人类肠道古菌病毒的一个主要分支,为了进一步探索有尾古菌病毒的多样性,团队以末端酶大亚基(Terl,Large Subunit Terminase)作为标记构建M. smithii古菌病毒的系统发育树,以此来估计这些病毒的多样性(图3d)。以上基于Terl蛋白的系统发育分析扩展了M. smithii古菌病毒的多样性,并定义了新的谱系。 古菌病毒基因组编码广泛的蛋白功能 虽然人类肠道中古菌的功能蛋白已被广泛研究,但是对于肠道内古菌病毒蛋白的理解却十分有限。为此,团队从1279条古菌病毒代表序列上共预测出了97208个编码蛋白的基因,分别仅有 10.8%和 17.4% 的基因能够与pVOG数据库及PHROG数据库中的基因相匹配,表明人们目前对人类肠道古菌病毒的潜在功能知之甚少(图4a)。 在所有鉴定出的肠道古菌病毒中,M. smithii古菌病毒的蛋白功能最为多样,共包含了1034种不同功能的蛋白(只考虑了被指定生物功能的蛋白),其中包括一些病毒特有的功能蛋白,例如与结构、包装、裂解、DNA结合/调控和复制相关的蛋白,但其他一些古菌病毒则缺乏这些病毒特有的功能蛋白(图4b)。此外,团队还对36条完整古菌病毒代表序列的基因组进行了研究(图4c),其中23条序列携带PeiW(pseudomurein endoisopeptidase)基因,揭示了该基因对于病毒侵染产甲烷古菌的重要性。此外对33种有尾病毒基因组的分析结果表明,与人类肠道中的细菌病毒类似,温和古菌病毒在人类肠道古菌病毒中占据主体地位。 在这项研究中,研究团队对人类肠道中的古菌病毒进行了全面的宏基因组数据挖掘,本研究结果将为深入了解人体肠道内古菌病毒的多样性和蛋白功能提供前所未有的见解,以供人们更好地了解人类肠道生态系统。