許多細菌用來殺死相鄰細胞的分子機制在其基因組成中具有冗余，這可以允許該機制在不同環(huán)境中表達。一些競爭定殖夏威夷短尾魷魚的光器官的發(fā)光細菌菌株使用“VI型分泌系統(tǒng)(T6SS)”殺死不同細菌菌株的附近細胞。賓夕法尼亞州立大學(xué)和威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)證明，這些細菌的基因組包含T6SS所需基因的兩個拷貝，并且當(dāng)該基因的任一拷貝被禁用時系統(tǒng)仍然有效，但不是兩者都有效。

一篇描述該研究的論文在細菌學(xué)雜志的網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表，該論文提供了對微生物組中細菌之間競爭的分子機制的見解。

“包括人類在內(nèi)的許多生物從環(huán)境中獲取細菌，”賓夕法尼亞州立大學(xué)生物化學(xué)和分子生物學(xué)助理教授，研究團隊負(fù)責(zé)人Tim Miyashiro說。“這些細菌可以促進宿主生物體內(nèi)的功能，就像我們的腸道細菌如何幫助我們消化食物。我們感興趣的是細菌細胞之間以及細菌與宿主之間的動態(tài)相互作用，以更好地理解這些互利的共生關(guān)系。”

生物發(fā)光物種海洋細菌Vibrio fisheri的細胞在新孵化的短尾魷魚的光器官中居住。到了晚上，這種細菌產(chǎn)生了藍色的光芒，研究人員認(rèn)為它可以掩蓋魷魚的輪廓，并有助于保護它免受掠食者的傷害。光器官在魷魚的皮膚上有口袋或隱窩，為細菌提供營養(yǎng)和安全的環(huán)境。

夏威夷短尾魷魚的光器官與隱窩空間被熒光標(biāo)記的費氏弧菌(Vibrio fischeri)種群定植。虛線勾勒出各個隱藏空間。圖片來源：Kirsten R. Guckes

“當(dāng)魷魚孵化時，它的光器官中還沒有任何細菌，”宮城說。“環(huán)境中的細菌迅速在魷魚的光器官中定殖。每個隱窩最初可以被幾種不同的菌株占據(jù)。這些不同的細菌菌株中的一些可以共存，但其他細菌 - 使用T6SS系統(tǒng)的細菌 - 殺死其他菌株的細胞。”

在實驗室中，研究人員可以控制孵化魷魚環(huán)境中存在哪些細菌菌株并研究它們之間的相互作用。V. fisheri的一種稱為FQ-A001的菌株使用T6SS系統(tǒng)。如果該菌株占據(jù)了不使用T6SS系統(tǒng)的菌株細胞的隱窩，它可以殺死這些細胞并完全接管隱窩。的T6SS系統(tǒng)，其在許多細菌的基因組的簇編碼的基因，工程幾乎像一個皮下注射針頭可注射毒素進入相鄰小區(qū)。

“我們在T6SS群集中禁用了一種名為hcp的基因來研究其在FQ-A001殺滅其他細菌的能力中的作用”Miyashiro說。“hcp基因編碼的蛋白質(zhì)構(gòu)成了T6SS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一部分，也是該系統(tǒng)分泌的殺死其他細胞的分子之一。因此，我們驚訝于T6SS系統(tǒng)仍在這些細菌中發(fā)揮作用。”

研究人員隨后在FQ-A001基因組中的T6SS基因簇外定位了另一個hcp基因拷貝，編碼了相同的蛋白質(zhì)。禁用該基因拷貝，稱為hcp1，對細菌殺死其他細胞的能力也沒有影響。但是當(dāng)研究人員禁用hcp基因的兩個拷貝時，T6SS系統(tǒng)就不再起作用，F(xiàn)Q-A001細菌可以與短尾魷魚的光器官中的其他菌株共存。研究人員還可以通過誘導(dǎo)FQ-A001細菌中的Hcp表達來拯救T6SS功能，其中兩種hcp的天然拷貝均被禁用。

“兩個拷貝的hcp基因似乎完全在功能上是多余的，”宮城說。“了解這一點有助于我們更好地理解建立細菌與宿主之間共生關(guān)系的分子機制。”